状态受限下的水下履带式清淤机器人轨迹跟踪控制

[目的]针对桥梁建设中运用履带式清淤机器人进行沉井清淤时易出现附着力不足而打滑的工程问题,设计基于障碍Lyapunov函数(BLF)的轨迹跟踪控制器。[方法]考虑到轨迹跟踪控制器算法质心与几何中心不重合的情况、外界未知有界扰动的影响和系统动态不确定性,建立运动学及动力学运动模型。利用终端滑模观测器(TSMO)在有限时间内逼近外界扰动和系统动态不确定性。通过时变对称有限时间BLF稳定性分析,验证控制系统的稳定性,同时限制系统速度状态以防止控制失效。[结果]仿真结果表明,履带式清淤机器人在所设计的控制器控制下能够平滑且快速地到达期望的轨迹。[结论]研究结果证明了所用方法可以将机器人系统的速度状态限制在符合工程实际的区间内。

考虑不确定扰动的欠驱动船舶鲁棒自适应有限时间控制

针对欠驱动水面船舶遭受的系统动态不确定性影响和外界干扰问题,设计一种有限时间轨迹跟踪控制方案。该方案将系统动态影响和外界扰动的不确定性耦合成可转化为单参数线性化形式的复合向量,并设计自适应控制律来逼近复合向量的上界,从而简化计算复杂度。为提高轨迹跟踪控制的快速收敛性和强抗干扰能力,考虑有限时间控制的设计思路,在虚拟控制变量和控制律中设计有限时间函数,通过Lyapunov理论分析该控制律的稳定性,并通过对比仿真试验验证方案的有效性。结果表明:该方案可为智能船舶自主航行提供理论支撑。

基于Lyapunov理论考虑不确定扰动的船舶自适应跟踪控制

针对受外界干扰的欠驱动船舶轨迹跟踪问题,提出一种自适应有限时间轨迹跟踪控制方法。通过设计自适应律逼近外部扰动的上界,结合有限时间控制理论设计轨迹跟踪控制律,再运用Lyapunov稳定性理论验证系统整体的稳定性。利用MATLAB进行对比仿真实验,验证此方法的有效性。实验结果表明:该控制方法的跟踪精度较高,跟踪误差较小,且可以快速收敛到一个零附近的有界区间,实现了欠驱动船舶有限时间的轨迹跟踪,为船舶安全航行和智能船舶研究提供参考。

大风浪条件下考虑避碰脆弱性的多船避碰决策

为解决大风浪影响下船舶操纵能力降低、产生避碰脆弱性、碰撞事故发生概率增大的问题,考虑船舶长度,分析大风浪因素,获得船舶避碰脆弱性;选取船舶碰撞危险度指标进行模糊推理得到基本的碰撞危险度,提出考虑船舶综合碰撞危险度的多船避碰决策方法。利用多船会遇构建避碰决策模糊案例库,提供对应的避碰决策,并利用仿真试验验证避碰决策方法的有效性。结果表明:多船避碰决策方法可准确计算不同长度船舶的避碰脆弱性,提供周围船舶的综合碰撞危险度,进行有效的多船避碰决策。此方法可为大风浪条件下的船舶航行安全提供重要的理论依据和数据参考。

欠驱动船舶自适应神经网络有限时间轨迹跟踪

[目的]针对欠驱动水面船舶在轨迹跟踪控制中存在的动态不确定和未知扰动问题,设计一种自适应神经网络有限时间轨迹跟踪控制方案。[方法]利用运动学虚拟控制律变换和有界限制的方法进行欠驱动变化。在Backstepping的框架下,利用神经网络重构未知动态,并设计自适应律逼近未知扰动的上界。通过Lyapunov直接法提供严格的理论分析,以证明闭环系统所有信号都是有界的,并使跟踪误差收敛至有界的区间。[结果]仿真结果表明,所提控制方案能够使欠驱动船舶在有限的时间内跟踪上期望的轨迹,且相比传统控制方案,系统误差的收敛速度更快,误差的上、下界也更小,在面对外界未知的时变干扰时还具有良好的鲁棒性。[结论]所做研究可为船舶的轨迹跟踪控制提供有效参考,具有实际的工程意义。

“一带一路”战略下航海教育发展的思考

"一带一路"战略的实施对航运人才提出更高的要求。新战略下,航海教育必须适应战略发展的需要。文章通过分析"一带一路"对航运人才的需求、对航海教育的影响,探索航海教育的发展思路。

新文科背景下交通管理专业人才培养改革路径

针对新文科背景下交通管理专业人才培养优化改革的迫切需求,从人文素养、知识体系、“智能”素质及创新创业精神四个方面明晰交通管理专业新文科人才的内涵特征,进而从人才培养机制、课程体系设计、培养平台构建及师资队伍建设等方面提出交通管理专业的具体改革路径。

经济新常态下港口方向安全工程专业需求调查分析

近年来,我国经济发展步入新常态,港口也从片面追求吞吐量增长向追求发展质量和经济效益增长转变,社会对港口方向安全工程专业人才的需求也在发生变化。通过对有关企业及政府相关部门的调查,从社会需求方向、需求特点及需求量等方面进行分析研究,得出相关结论,可供有关院校调整优化人才培养提供参考借鉴。

面向创新型人才培养的闭环反馈式虚拟仿真实践课程知识体系构建研究——以航海类专业为例

创新能力的培养是我国研究生人才培养的一个核心目标。本文通过分析虚拟仿真实践课程面临的挑战,探讨科教协同下闭环反馈式虚拟仿真实践知识体系设计,搭建虚拟仿真实践教学平台,以期打造虚拟仿真实践教学“金课”,实现研究生创新型人才的培养。

网络欺骗攻击下的智能船舶改进趋近律滑模轨迹跟踪控制

针对网络欺骗攻击下的智能船舶轨迹跟踪控制问题,提出一种带观测器的改进趋近律滑模轨迹跟踪控制方案。利用伯努利分布生成随机二进制数来模拟网络欺骗攻击;通过设计观测器对攻击影响进行观测,并反馈补偿到控制器以抵抗攻击对系统产生的破坏;设计自适应律来应对环境扰动的影响,同时与观测器的互相协调进一步增强了系统鲁棒性;设计具有大误差迅速补偿及小误差平缓补偿效果的改进滑模趋近律,降低了传统滑模控制存在的抖震问题,提高了控制器控制效率;最后,运用Lyapunov稳定性理论验证系统整体的稳定性,利用Matlab进行对比仿真实验。结果表明,该控制方案可对攻击影响做出较快反应并给出较好的补偿,且轨迹跟踪误差可以较快收敛至零附近的极小有界区间,实现了网络攻击环境下的船舶轨迹跟踪。该方案可为船舶安全航行和海上装备的军事对抗等研究提供一定的参考。

欠驱动船舶自适应神经网络有限时间跟踪控制

针对受动态不确定性和外界未知干扰影响下欠驱动水面船舶的轨迹跟踪控制问题,设计一种有限时间轨迹跟踪控制方案。采用神经网络重构船舶的动态不确定性,通过引入最小学习参数降低计算复杂度,设计自适应律逼近由不确定项和外界干扰组合而成的复合扰动的上界,并基于此设计一种基于最小学习参数的欠驱动船舶自适应神经网络有限时间轨迹跟踪控制方案。通过严格的理论分析后得出,该有限时间轨迹跟踪控制方案能够使闭环系统的所有信号都趋于有界,欠驱动船舶的位姿误差和速度误差都在有限时间内收敛到一个集合。仿真和比较验证了本研究所提出的有限时间控制方案的有效性。本研究中的有限时间控制方案不仅提高了船舶的瞬态性能和稳态性能,且控制器结构简单,更容易应用在工程中。