抑制滑模抖振的新型饱和函数法研究

饱和函数控制法是抑制滑模抖振的有效方法之一,但由于边界层厚度的固定不变,导致系统轨迹无法渐近收敛到所给定的切换平面上,从而在切换平面上不存在滑动模态,降低了系统在切换平面上的鲁棒性.通过对以上问题研究分析,提出了一种具有动态边界层的新型饱和函数控制法.该控制方式可使边界层随状态轨迹的收敛而逐渐收缩,当边界层厚度减小到零时,边界层与切换平面重合,使状态轨迹最终收敛到切换平面上,增强了系统在切换平面上的鲁棒性.理论分析和仿真实验证明了该方法的可行性.

大型船舶综合减摇系统的研究

本文在分析船舶的综合减摇问题以及船舶主要减横摇装置的优缺点的基础上 ,针对船舶的减横摇问题 ,兼顾船舶的静倾问题 ,提出了可应用于全工况下的船舶综合减摇系统。综合减摇系统是由减摇鳍、减摇水舱和抗静倾平衡水舱组成的。这种综合减摇系统既综合了鳍与水舱的优点 ,又克服了减摇鳍和减摇水舱各自的缺陷。以高速滚装船为例 ,建立了“船舶 -减摇鳍 -被动式 U型水舱”系统的运动方程并进行了计算机仿真。通过对仿真结果的讨论和分析得到如下结论 :这种综合减摇系统具有良好的减摇能力 ;在各种航态下 (包括零航速 )都能达到减摇要求 ;综合减摇系统的减摇性能远远好于单独使用减摇鳍和减摇水舱的性能。船舶综合减摇系统的提出为大型船舶的综合平衡开辟了新途径 ,这种设计方法对大型水面舰船、尤其对有舰载机的船舶及两栖作战舰船的综合减摇具有重要意义。

基于Weis-Fogh机构的零航速减摇鳍升力特性研究

为了克服传统减摇鳍只能在有航速情况下进行减摇的缺点,该文提出了一种基于Weis-Fogh机构的零航速减摇鳍.通过对Weis-Fogh机构原理与流体特性的深入研究,从理论上推导出平板翼的升力表达式,确定了升力与旋转角速度及角加速度之间的函数关系.在Matlab/Simulink环境下,建立了平板翼的升力模型,完成了平板翼在各种运动规律下的升力仿真实验.仿真结果证明,这种新型的减摇鳍能够在零航速下瞬间产生巨大升力,通过控制翼的旋转角速度及角加速度能够控制升力的大小及建立的时间,验证了采用Weis-Fogh机构设计零航速减摇鳍的可行性.

基于Weis-Fogh机构的零航速减摇鳍升力模型的研究

随着减摇技术的发展,出现了一种可以使用减摇鳍在零航速下进行减摇的新方法,这种方法使减摇鳍既可以在零航速下进行减摇也可以在中高航速下满足减摇的需要。文章结合国外的相关文献,对零航速下减摇鳍的工作方式和产生的升力进行了相关的研究。并根据Weis-Fogh机构流体动力学知识对升力进行了分析,建立了零航速下减摇鳍的升力模型,根据模型进行了升力仿真研究。

基于锚链切换的平台自动锚泊定位系统设计

从半潜式平台定位系统的经济性及安全性角度出发,提出一种在保证锚链力场均匀分布前提下,实现海洋平台快速准确定位的自动锚泊定位的方案。该方案以张力的优化结果作为锚链切换的临界值,考虑到系统是在随机扰动下的多输入多输出系统,具有时变性及不确定性,采用模糊策略控制锚链的收放;利用改进的遗传算法进行锚链张力优化,从两方面采对遗传算法进行改进以提高优化效率及收敛性:一是采用基于收缩系统的初始种群生成方法;二是在标准遗传算法中结合局部搜索。仿真结果表明提出的方案快速有效地均衡了张力场的分布,保证了海洋平台的定位要求。

零航速减摇鳍升力模型研究

为了解决船舶在零航速下减摇的问题,采用一种新的运动控制方法,使减摇鳍的工作不再受航速的限制。根据零航速条件下的特殊运动方式,对减摇鳍在非定常流中的受力情况进行分析,详细讨论了各种流体作用力的产生机理,并给出定量计算公式。结果表明,零航速减摇鳍的升力与它的几何尺寸、旋转角速度和角加速度有关。在此基础上建立了零航速减摇鳍的升力模型,通过仿真结果与实验数据的对比,验证了该模型的正确性。

基于复杂系统脆性的传染病扩散脆性研究

作为社会系统这一复杂系统的子系统,传染病的突然性大规模扩散会对其它子系统产生影响。在没有控制的情况下,整个复杂系统的有序状态将会被破坏,最终崩溃,这就是复杂系统的脆性。基于元胞自动机对一种传染病的扩散进行仿真,说明传染病的突然性大规模扩散会对整个社会系统产生脆性作用。

零航速减摇鳍永磁同步电机伺服系统广义预测控制

为提高系统的可靠性,探索了电伺服系统在零航速下减摇鳍上的应用,并根据减摇鳍的负载特性选择了驱动电机的种类。由于零航速减摇鳍的工作环境和负载特性比较复杂,为提高电伺服系统的动态性能和对参数扰动的鲁棒性,建立了永磁同步电机传动系统的受控自回归积分滑动平均(controlled auto regressive integrated moving average,CARIMA)模型,实现了电伺服系统的广义预测控制。由于浪级较高时电机驱动能量不足,所以对伺服系统输入输出的约束条件进行了分析,在此基础上提出了一种考虑约束的改进控制算法。仿真结果表明,广义预测控制器能够改善伺服系统的动态性能,提高零航速减摇鳍的减摇效果。

大型船舶综合平衡方法研究

本文对大型船舶的减横摇问题进行了讨论,并着重对各种减摇方法优缺点进行了分析。在此基础上针对大型船舶的减横摇并兼顾船舶的横倾问题,提出采用减摇鳍、减摇水舱和抗静倾的平衡水舱组合船舶综合平衡系统。经过分析和讨论,这种综合系统具有明显的优越性。

基于FAHP的复杂系统的脆性过程分析

由于复杂系统具有层次结构,采用模糊层次分析法对复杂系统进行脆性分析。由模糊层次分析法得到子系统(或元件)的相对重要度排序向量,通过定义脆性激发度及激发阈值,对复杂系统的脆性是否被激发进行理论分析。通过分析,可以找出复杂系统中的脆性元件或因素,对其进行重点监测,使得最大程度避免了脆性的发生。最后以变压器故障的模糊层次分析为例,分析变压器故障的因素的相对重要度,找出易使变压器崩溃的脆性因素,说明进行复杂系统的脆性分析是必要的。

基于脆性因子的复杂系统脆性分析

复杂系统脆性研究是一个全新的研究领域.从脆性致因的内部机制和外部机制入手,建立包含脆性环境和系统结构的4层分析模型.主要分析其下层模型结构,将脆性环境通过脆性事件分解为若干基本脆性因子,用德菲尔法-最大熵原理建立以脆性因子为基础的脆性风险模型,分析预测复杂系统的脆性过程.最后以一个交通系统为例,对在随机的某一天里某个地区的交通路段的脆性过程进行了分析,找到交通系统崩溃的主脆性因子,与实际情况进行比较,说明了该方法的可行性.结果说明对于有效的防止复杂系统的崩溃,分析其脆性风险,应对其主要的脆性因子进行相应的控制.

小攻角下驼背鲸减摇鳍的理论计算

通过应用仿驼背鲸前缘突起来提高船用翼的水动力特性已是目前非常热门的话题,为验证前缘突起的高度和突起个数与升力的关系,选用哈尔滨工程大学船舶控制工程教育部工程研究中心在船模水池实验室所做的减摇鳍动态水动力性能实验用的标准NACA0015 4号矩形鳍为研究对象,对其前缘进行正弦波变形,建立数学模型,并应用普朗特升力线性理论和切比雪夫数值逼近法,得出了前缘突起个数对升力的影响不大而突起幅值对升力有显著的决定性作用的结论。

零航速减摇鳍电动伺服系统驱动功率研究

在分析零航速减摇鳍升力特性的基础上,推导出了减摇鳍动态流体力矩和平均横摇角速度的计算方法,提出了通过转鳍动态流体力矩和平均横摇角速度计算伺服系统驱动功率的方法。同时根据计算所得的伺服系统驱动功率进行了电动伺服系统的仿真实验。实验结果表明,采用动态流体力矩代替静态流体力矩计算所得的伺服系统驱动功率更加精确、合理,提高了系统的工作效率。

零航速减摇鳍两步主从控制律设计

零航速减摇鳍水动力特性与升力式减摇鳍存在本质差异,前者与鳍角、角速度、角加速度构成多约束动态非线性映射,不满足后者的近似线性关系,导致对抗式PID控制无法适用.针对零航速减摇鳍系统特有的动态输入非线性及整体结构,借助非线性分离策略,提出并设计基于变约束模型预测控制与数值迭代反演的两步主从控制律.仿真结果表明,控制器性能良好,但受物理性硬约束影响,零航速减摇效率随海情增加而呈非线性递减趋势.

船舶双水舱减摇系统设计与仿真研究

为了使船舶在固有频率变化时也有好的减摇效果,研究了双水舱减摇系统.使用2个具有不同固有频率的被动式U型减摇水舱能给横稳心高变化范围很宽的船舶提供很好的减摇效果.在建立船舶—双水舱系统模型的基础上,介绍了一种设计双水舱系统的方法,并以一艘滚装船为例,分析设计了一套双水舱系统,并且对装备了单被动式水舱和双被动式水舱的船舶横摇响应进行了仿真分析,通过仿真结果验证双水舱系统相对单水舱系统具有更好的减摇效果.

基于能量优化的海洋机器人航向与横摇自适应终端滑模综合控制

近水面运动是海洋机器人的一种重要运动姿态,由于近水面处波浪比较剧烈,机器人无法靠自身保持一定的姿态和航向,特别是在一阶波浪力这种高频周期力的作用下,海洋机器人将不可避免地产生横摇、纵摇、垂荡等摇荡运动,严重影响到海洋机器人的正常工作及安全性,因此必须加以有效的控制。基于此,利用解耦及线性化方法得到海洋机器人水平面非线性运动方程,并依据终端滑模控制理论和零航速减摇鳍工作原理设计针对航向保持和横摇减摇的控制器,使系统状态的跟踪误差在有限的时间内收敛为零,另外考虑到海浪干扰的随机性及海洋机器人自身可携带的能量是有限的,因此在控制器的设计中引入自适应机制,并利用遗传算法从能量优化的角度出发对控制器参数进行优化。仿真结果表明,机器人在减少了系统能量消耗的同时保持了航向并达到了有效地减摇控制,从而提高了近水面航行时海洋机器人操纵控制的性能。

水下机器人近水面横摇运动的解耦控制

水下机器人在近水面低速航行时,为了有效克服海浪干扰的作用,提高水下机器人横摇控制的性能,依据解耦控制理论和零航速减摇鳍的工作原理,在水下机器人水平面运动耦合模型的基础上运用解耦控制方法进行横摇控制.该方法将水平面运动耦合模型分解为横荡、横摇和艏摇三个子系统进行分析,根据期望性能指标配置横摇子系统模型的极点,并将均方差最小线性递推滤波算法引入到状态信号的反馈通路中.通过对各种海情下水下机器人的横摇运动姿态进行仿真,结果表明:该解耦控制方法可应用于水下机器人近水面横摇运动的控制,其控制结果良好.

基于改进遗传算法的零航速减摇鳍自适应控制系统设计

为了提高零航速减摇鳍在不同风浪强度下驱动能量的利用效率,对随机海浪的频谱特性进行了分析,在此基础上对系统状态方程进行扩展,设计了基于二次型指标的随机最优控制器.为实现能量消耗与减摇效果之间的最佳匹配,采用遗传算法对二次型指标的加权矩阵进行优化,优化过程中根据系统的特点对基本遗传算法进行了改进.为了在不同海况下实现随机最优控制,提出了加权矩阵的自适应准则.仿真结果表明,只要根据外部环境正确选择加权矩阵参数,就可以用尽可能少的能量达到预定减摇效果.

基于滑动t检验法的非典型性肺炎疫情的脆性分析

通过双总体滑动t检验法验证非典型性肺炎疫情的发展过程中在患病人数方面存在均值突变。给出了脆性,脆性源和脆性接收者的定义,并给出了脆性的基本特性.在介绍突变理论的7种初等突变的基础上,利用尖点突变模型对2003年春发生在中国的非典型性肺炎疫情的发生和发展作了直观的分析.根据国家卫生部公布的4月至5月的疫情报告,以北京为例进行突变检测分析.采用的是双总体滑动t检验法.分析疫情的发展趋势,预测了疫情未来的发展趋势并对其进行了验证.在此分析的基础上,利用脆性理论对非典型性肺炎进行了脆性分析.分析得出,如果没有极时地采取有效的控制措施,则民众对非典型性肺炎疫情的恐慌心理会影响到社会的稳定.

减摇鳍PID控制器参数的修正

为了克服现有减摇鳍系统PID控制器参数选择难的问题,提出了用实际海试结果修正减摇鳍系统PID控制器参数的方法;通过对某船实际海试结果的分析和仿真,修正了设计阶段得到的PID控制器参数,从而极大地改善了系统的减摇效果;在减摇鳍PID控制器设计中,船舶固有横摇周期T对参数选定影响大,而无因次横摇阻尼ξ的影响较小,因此控制器参数调节应以船舶固有横摇周期的变化为主。