变工况下喷水推进船舶混合控制技术研究

针对某型喷水推进船舶,提出一种多模式混合切换控制策略,能够实现2种模式的自动切换,提升船舶航行控制的工况自适应性。这项工作需要集成航向保持和路径跟踪2种操作模式,以满足不同工况下的运动控制要求。本文建立基于监督开关控制(SSC)的混合控制框架,分别实现了航向保持PID控制器和路径跟踪滑模控制器,通过监督切换逻辑实现2种控制模式的平稳切换。根据实际航行的目标航迹,结合实船参数进行仿真,仿真结果表明,所提出的混合控制策略具有良好的性能。

我国超大型油轮安全靠泊技术及对策探析

近年来,随着我国VLCC超大型油轮(Very Large Crude Carrier)的数量不断增加,其在靠泊时发生的安全事故数量也呈上升态势,这已经成为了航运业关注的热点问题。本文结合VLCC超大型油轮的结构和操纵特点,归纳了靠泊技术领域的研究成果,分析了影响其安全靠泊的主要因素,并提出了具体的应对措施,以提高我国超大型油轮靠泊的安全性。

钢丝绳眼环插接技术的实践教学

针对目前船院航海系学生动手能力普遍差、学习水手工艺—特别是钢丝绳眼环插接时间短、钢丝绳眼环插接作为值班水手评估必考项目的现实,笔者重点介绍了钢丝绳眼环插接的起头技巧、插接方法、注意事项及教学过程中对钢丝绳的节约使用。旨在快速提高学生的航海业务技能,顺利通过海事局的评估,满足船舶日常工作的需要。

长江上游朝天门至涪陵段航道工程智慧工地安全水域范围研究

随着长江干线航道整治工程的建设及现代化信息技术的不断发展,为进一步提升工程施工效率和管理水平,长江航道工程智慧工地的建设应运而生,由于工程施工过程中,常伴随社会船舶距离施工区过近产生船撞风险的现象。本文针对长江上游朝天门至涪陵河段航道工程智慧工地系统应用,如何确定施工作业水域船撞风险的安全边界问题,进行了施工作业安全水域范围研究;运用内河船舶会遇距离相关理论和船舶失控漂移运动模型,通过python编程对智慧工地系统应用中施工作业的安全水域范围进行数值计算,得出不同风、流工况条件下安全水域范围的边界距离,对航道工程智慧工地安全水域范围的设定具有参考意义。

船舶远程驾驶人机主从博弈控制方法研究

针对船舶远程驾驶场景下的人机目标非一致性问题,本文设计了系统人主机辅的运行模式,提出一种主从博弈框架下的共享控制方法,将船舶协同避碰转向任务中的人机交互作用描述为完全信息条件下的非合作博弈关系,通过构造驾驶员和共驾控制器的状态空间推导主从博弈的Stackelberg微分对策,使用Fan-GFlicksberg不动点定理证明纳什均衡解的存在性与唯一性。根据驾驶风格和操纵技能预分配驾驶权重,基于模型预测控制方法设计轨迹跟踪器,采取反馈校正方式在有限时域内滚动优化,综合考虑船舶安全航行边界、碰撞风险和人机冲突程度在线进行调节。选取船舶横向偏移误差和驾驶员操作负荷等评价指标,在内河操纵环境下验证了方法的有效性。仿真结果表明:本文所提出的主从博弈控制方法能够为具备不同驾驶风格和操纵技能的作业人员提供个性化辅助,当驾驶员和共驾控制器发生意图冲突时,根据航行风险对预分配权重进行调节,在确保航行安全的前提下使船舶尽可能满足驾驶员的操纵意图。

长江弯曲航道船舶航迹控制方法研究

文中建立考虑舵机伺服系统特性和风、流干扰的线性船舶动力学模型,确定仿真实验船舶的各个必要参数.引入最优控制策略,以航速为自变量设计不同航速下基于最优控制策略的PID(proportion integral differential)航向控制器OP-PID Controller(optimal PID controller),在不同航速下分别采取PID和OP-PID进行了航向控制仿真.在航向控制器的基础上,结合航段跟踪决策算法、改进的LOS(line-of-sight)制导方法获取航向偏差,以航向偏差驱动OP-PID间接航迹控制器.以OP-PID和改进的LOS组成的航迹控制方法进行了静水环境中和外界干扰下的航迹控制仿真实验.结果表明:基于改进LOS制导方法和OP-PID航向控制器可以较好地跟踪弯曲航道计划航线,舵角和转向幅度均小于现有航迹控制器.

基于事件触发的欠驱动船舶轨迹跟踪自适应滑模控制

针对欠驱动船舶在轨迹跟踪控制中遭遇的外部未知环境强扰动和控制器频繁更新问题,本文提出一种基于事件触发的自适应滑模控制器。控制器利用反步法设计虚拟控制律实现轨迹跟踪,并采用径向基(RBF)神经网络逼近船舶模型不确定部分,设计参数自适应律以估计外部干扰的上界。引入事件触发机制,显著降低控制器更新频率。通过构建Lyapunov函数,证明了闭环系统的稳定性,确保事件触发间隔大于零,有效预防Zeno现象。仿真结果显示,控制器能够保持精确轨迹跟踪,并且更新次数减少约5000次,显著提高船舶控制效率。该控制器设计简洁,易于实现,有助于降低船舶能耗,提高船舶的操作性能,可进一步应用到实际工程实践中。

拖带大型FPSO SEPETIBA出港的操作方法及注意事项

文章主要研究了拖带大型FPSO出港的相关技术和管理问题,包括拖船的选择、引航方案的制定和拖带操纵方法等,通过分析现有技术提出了一些具体的应对措施,探讨了在拖带引航的实际操纵中需要注意的问题,以提高拖带引航FPSO出港时的安全性和效率.

修长系数变化对船舶编队航行阻力的影响仿真分析

为探索更节能减阻的船舶编队布局,分析修长系数对船舶编队布局减阻收益的影响,运用CFD数值模拟方法对修长系数3.42~5.41范围内的单船与船队的阻力性能进行研究,取得16.46%~21.87%的船舶编队减阻收益,证明了船舶编队航行节能减阻可行,且在修长系数3.42~5.41区间内不同的船舶编队减阻收益率具有明显差异,收益率最大差值达到5.23%。通过对收益率最低的船队布局进行微调,取得最大2.5%减阻收益率的提高。分析计算结果后得出结论:船队在单列纵队布局下,修长系数不同的船型所组成的船队在航行时,船舶编队的减阻效果存在明显差异。设计船舶编队布局时,不同修长系数的船队可通过调整各船纵向间距以取得更高减阻收益。

大连港长兴岛港区LNG码头船舶进出港影响仿真分析

为定量分析大连港长兴岛港区规划液化天然气(LNG)码头建成后船舶进出港对航道整体通航效率和服务水平的影响,通过计算机仿真的手段,构建长兴岛港区船舶通航仿真模型,模拟船舶进出港、靠离泊及装卸作业的过程。提出全年延误艘次和延误时间,以及单艘LNG船舶引起的其他船舶延误艘次和时间等评价指标,评估不同吞吐量水平和不同船舶流量情况下LNG船舶通航对其他类型船舶的影响程度。仿真结果表明,长兴岛港区LNG码头建成运营后,每艘LNG船舶进出港将造成2.1艘其他类型船舶的延误,平均延误时间在3 h内,冬季LNG船舶进港高峰期的影响程度较其他季节有一定增加。基于仿真结论判断,长兴岛港区LNG船舶进出港造成其他类型船舶的延误艘次和延误时间均处于可控范围内,LNG码头的建设对港区整体通航效率和服务水平影响较小。

LNG船进出滨海港区拖轮配置及拖带引航方案探讨

大型LNG船舶在进出港及靠离泊中海油滨海LNG码头期间,存在一定的通航安全风险,为确保大型LNG船舶能够安全顺利完成进出港及靠离泊作业,应充分考虑天气、海况、潮汐等环境,引航员需要在工作船码头乘拖轮出海前往滨海2号锚地准备登轮,引航LNG船舶到达滨海港区主航道入口水域,准备进港。本文重点研究大型LNG船舶进出滨海港区拖轮配置需求、拖带方案及引航员登轮作业全过程,为同类型引航作业提供参考。

温州港乐清电厂码头靠泊操纵简介和风险分析

本文详细介绍了温州港乐清湾港区的概况、乐清电厂码头泊位情况、水文气象潮汐和航行条件,同时,对进港航道船舶航行及靠泊的风险进行了分析,包括偏离航道、商船与渔船碰撞、入泊时的风险以及船员心理和船舶故障等风险,并提出了相应的预防措施,以保障船舶进口靠泊和作业安全。

基于改进快速行进平方法的无人帆船动态避碰方法

[目的]为解决无人帆船在开阔水域的多船避碰问题,对基于改进快速行进平方(IFMS)法的局部动态避碰算法进行研究。[方法]考虑到帆船的速度不可控,将其避碰行为转化为航向控制问题,并以总势场梯度下降方向为期望避碰航向。当帆船没有碰撞危险或顺风航行时,仅通过构造时间势场来避开所有静止不规则障碍并到达目标点;而当帆船存在航行约束时,根据《国际海上避碰规则》(COLREGS)为特定会遇场景设计高斯似然函数用以动态地构建障碍势场。同时,考虑到帆船的航行死区,引入局部风势场,实现帆船动态避碰与“之”字形航行策略相结合的应用需求。[结果]结果显示,所提算法可以使无人帆船在遵守避碰规则和避免航行死区的同时,成功地在各种会遇场景下实现与其他帆船、受限机动船的避碰操作,相比原始快速行进平方(FMS)算法,逆风航行时间大大缩短,避碰航迹也更加合理、安全。[结论]所提方法符合帆船运动特性及避碰规则,在复杂环境下具有较高的安全性和鲁棒性,对无人帆船自主避障技术发展具有一定的科学价值。

预设性能下的输出受限船舶航向切换容错控制

针对船舶输出受限、执行器故障不确定性和受到未知海洋扰动的船舶航向控制问题,提出一种基于切换策略的自适应容错控制方案。利用对数障碍李雅普诺夫约束航向误差并将状态输出约束在有限范围内。结合预设性能理论和反步法,针对具有不确定参数和执行器故障的船舶控制系统,将健康执行器作为备用。通过设计一套监控函数来监督航向误差的动态范围,实现了在执行器故障且故障模式未知的情况下,船舶航向控制器从故障执行器切换到健康执行器,同时满足跟踪误差的收敛性及控制系统稳定性。仿真验证了所提出算法的有效性。

河口多定线制复杂水域船舶操纵自主决策方法

为解决河口多定线制复杂水域船舶操纵自主决策问题,以浏河口至北槽水域为例,围绕数字化环境、航行规则融入、船舶操纵性限制和特殊水域下的避碰机理等关键科学问题进行了研究。在数字化交通环境中,归纳和量化解析规则要求,结合非线性船舶操纵特性下的控制和过程预测方法探究该类水域船舶行为特征约束下的避碰机理,建立可行航向航速求取方法,提出了一种能动态自适应系统剩余误差和目标船随机运动的多因素约束下的操纵自主决策方法。在预设场景下,船舶在0,38,1 184,1 537,2 166,3 678,3 808 s右转4°、减速、右转5°并减速、减速、左转3°加速、右转3°并减速、减速可安全通过。实验表明,提出的方法能在复杂环境中安全避让,并及时跟踪航线。

基于船舶-流场耦合作用的内河航段船舶航行虚拟辅助驾引

[目的]为进一步提高船舶航行的安全性,对船舶辅助驾驶决策相关内容开展研究。[方法]针对选取的两段内河典型航段,基于实时数字航道流场信息,考虑航行规则约束,模拟船舶-流场耦合作用下的复杂流场航段虚拟辅助驾引。模拟南京和东流航段的虚拟辅助驾引,给出相应的安全驾驶方案,在航行过程中对船舶速度、位置和航向等信息进行实时追踪。[结果]仿真结果表明,基于Fluent二次开发的船舶-流场耦合作用的算法可有效解决船舶多自由度运动耦合和船舶-流场多物理场耦合的解耦问题;遇见弯道或分汊时,操小舵角长距离航行可以在避免降速和较大横移的同时实现船舶的安全航行。[结论]该算法可以有效对接数字航道流场信息,开展复杂流场环境下内河航段船舶航行的过程模拟,结果可为内河航段船舶智能航行决策提供数据支撑。

基于改进樽海鞘群算法的船舶避碰决策及仿真实验

文中针对多船会遇避碰决策中过渡依赖单一寻优决策的问题采用了加入自适应权重的樽海鞘群优化算法(weight salp swarm algorithm, WSSA),在算法中融入国际海上避碰规则(convention on the international regulations for presenting collisions at sea, COLREGs)和良好船艺的要求.使用速度障碍法判断船舶的碰撞危险度并将多船会遇避让的过程中避让的安全性、经济性以及船舶领域侵入程度作为建立避碰决策的目标函数.算法测试的结果中,WSSA与原始樽海鞘群算法(SSA)以及经典粒子群算法(partide swam optimization, PSO)相比较,WSSA算法在收敛的精度和速度方面都明显优于SSA和PSO算法.结果表明:WSSA在寻找最优碰撞路线的过程中迭代的次数更少,精度更高.

长江口深水航道遭遇周边船舶失控的应对策略

长江口深水航道作为船舶进出上海港及长江沿岸港口的主要航道,每天有超百艘次各类大型船舶通行其中,因疏浚水深-12.5 m的主航道狭窄,船舶间交会需保持足够谨慎才能安全驶过。而当航道中有船失控时,其周围船舶需通过及时预判与合理应对,在避免本船安全受失控险情影响的前提下,为失控船进行紧急处置创造条件,防止碰撞事故发生。以引领周围船舶的引航员视角剖析此类情况,并分享可准确判断和安全应对的方法。

基于改进LADRC的突变载荷无人艇路径跟踪控制

本文针对上述问题提出一种基于改进线性自抗扰控制的控制架构来提高无人艇路径跟踪控制的抗干扰能力及跟踪精度。首先,采用积分视距制导法来为无人艇路径跟踪制导提供依据;其次,针对跟踪微分器固有的超调问题,基于一种改进的线性自抗扰控制方法设计了无人艇转首力矩控制器,以控制无人艇受到突变载荷时突变的航向角,从而提高路径跟踪精度;然后采用潜射导弹发射反力曲线模拟无人艇受到突变载荷情况,并且考虑无人艇在风、浪、流联合作用下的干扰作用力;最后,使用Simulink进行仿真试验,并与PID控制器进行了对比。在无人艇突变载荷工况下,该方法能够在满足系统的速度约束条件下对给定的直线路径进行快速响应并精确跟踪;与传统PID控制器相比,其收敛速度提高了约50%,其最大横向误差响应幅值减小了约53%,针对风、浪、流的联合干扰,本文设计的控制器的抗干扰能力显著优于PID控制器。仿真结果表明本文提出的改进线性自抗扰路径跟踪控制器具有优良的抗干扰能力和控制效果。

基于相对船速比的避让行动效果分析

基于相对船速比(来船的相对速度与本船速度之比),当来船保向保速且存在碰撞危险时,本船采取转向结合变速避让行动和两船相互采取转向避让行动而产生的避让效果进行定量分析,并提出了基于相对船速比的来船真运动要素计算方法。