基于DMPC的船舶航向控制算法研究

针对船舶高航速下强机动时易出现大横倾和高海况下的频繁操舵问题,采用离散型模型预测控制(DMPC)理论提出一种基于转向速率和舵角舵速约束条件下的航向机动控制策略,通过控制转向过程中的航向速率限制高速转向过程中的最大横倾。针对海浪干扰特性,通过忽略舵角舵速的约束条件得到线性的DMPC控制器形式并引入辅助滤波器,校正控制器在海浪干扰频率段的频响特性,达到减小无效操舵的目的。仿真数据表明,所设计的基于内环航向速率的航向控制算法能有效地解决船舶高航速机动时的大横倾问题,引入辅助滤波器之后能有效减少船舶在海浪干扰下的操舵频率,显著提高了船舶快速机动时的平稳性和安全性。

基于纹理图像的点张计数算法设计与分析

针对手工点张耗时长、精度低的问题,提出了一种应用图像纹理分析的纸张计数算法。用高精度图像摄取装置对纸张图像进行采集,对原始纹理图像采用高斯滤波法去除噪点,大大提高了计算机处理速度。引进方向滤波与Gabor小波变换结合的方法对纹理图像进行增强提升了点张准确度;针对图像中难以处理的纸张堆叠问题,提出了计数修正算法。对不同厚度及张数纸堆进行了点数试验。对于0.3 mm的堆叠纸张,点张准确率100%;对于0.2 mm的堆叠纸张,点张准确率达99%以上。试验结果表明该算法具有较好的计数能力,计数准确高。

新型操舵控制系统余度管理技术

为提高船舶操舵控制系统的可靠性,提出采用四通道余度管理技术,4套操舵控制箱互为备份,通过数据交叉链路和控制指令表决处理的冗余设计,当N(N≤3)套操舵控制箱发生故障下,保证系统还能正常运行并可靠工作。该技术在大型船舶自动操舵仪和无人船等领域具有良好的应用前景。

舰船横向航行补给的激光测距技术研究

针对舰船横向航行补给过程中无法连续、自动、稳定、近距离的测量舰舰之间的距离,提出一种连续、稳定、自动、可视化的近距离测量解决方案并将其运用到相关装备上。通过对舰船横向航行补给的运动状态、图像识别及目标跟踪技术进行研究,以集成了激光测距传感器和影像传感器的稳定云台为基础,设计了一套能够稳定、自动进行距离测量的可视化系统架构。通过地面试验和海试对该系统进行了验证。结果表明,在3级海况下,系统能够实时稳定实现距离测量。该系统在舰船横向航行补给和靠离泊等任务状态下有很好的应用前景。

基于扩展状态观测的潜艇剩余浮力和力矩的快速估计算法研究

针对潜艇水下航行均衡控制的问题,论文基于扩展状态观测器原理,应用潜艇垂直面运动线性状态方程,建立了航速滤波和剩余加速度扩展状态观测器。以国际通用的一个潜艇模型为案例,开展Matlab/Simulink水下运动控制仿真。仿真结果表明,提出的算法能快速估计潜艇剩余浮力和剩余浮力矩,与传统的线性均衡公式相比,不仅提高了不均衡量的估计精度,而且大幅缩短了估算时间,有助于潜艇均衡控制品质的提升。

船舶航向最小方差自校正控制技术研究

针对船舶海试中航向控制器参数调整时工作量大的问题,提出了利用递归牛顿随机法和最小方差自校正控制相结合的自适应航向控制算法。仿真案例表明,设计的最小方差间接自适应航向控制算法,无需调整控制器参数,具有良好的控制效果、控制品质和鲁棒性能。