基于Super-twisting的欠驱动船舶滑模自抗扰控制

针对欠驱动船舶在复杂海况下的航迹跟踪控制问题,提出一种基于Super-twisting的滑模自抗扰控制方法。利用视线导航法(LOS)将船舶的航迹跟踪转化为航向跟踪问题,并设计跟踪微分器来获取期望航向的1阶导数与2阶导数;根据非线性Nomoto模型设计扩张状态观测器对Nomoto模型的辨识误差、非线性项以及3级海况下风浪造成的干扰进行观测并补偿,提高控制器的鲁棒性。设计基于Super-twisting的2阶滑模控制方法,使滑模变量能在存在干扰观测误差的情况下有限时间收敛,并有效地减少了控制输出抖振现象,最终实现高精度的航迹跟踪控制。最后,以海巡船作为被控对象进行仿真验证,仿真结果表明,该控制算法能够有效提高船舶在3级海况下的航迹控制精度,增强对干扰的鲁棒性。

基于扩张状态卡尔曼原理的海浪滤波算法

针对海浪干扰下船舶控制系统存在的无效舵问题以及风、流干扰下观测器存在的静差问题,提出一种基于扩张状态卡尔曼原理的海浪滤波算法。该方法首先对船舶一阶Nomoto模型进行离散化,基于带遗忘因子的最小二乘法对模型中的参数进行辨识;以海浪二阶传递函数与一阶Nomoto模型建立用于海浪滤波的四阶状态方程,并以Nomoto模型中环境干扰与未建模动态组成的综合干扰项为扩张状态建立五阶状态方程,基于卡尔曼滤波算法设计海浪滤波器,在实现海浪滤波的同时消除干扰环境下状态观测静差问题。仿真结果表明,本文提出的海浪滤波算法能够有效的滤除船舶航向的高频信号并正确的估计出船舶的运动状态,显著减少了船舶航行时的无效舵问题。

基于无模型自适应PD控制的欠驱动船舶航迹控制

针对欠驱动船舶精准航迹控制需求,考虑基于模型的控制方法建模过程复杂、模型参数不确定及面临的航行环境复杂,存在未知时变外部扰动等问题,提出一种不依赖任何模型信息的欠驱动船舶航迹控制方法——无模型自适应PD控制。首先,基于紧格式动态线性化方法得到船舶等效数据模型,利用系统输入输出数据估计动态线性化模型中的伪偏导数。然后根据等效动态线性化模型设计无模型自适应PD控制器,控制器的设计仅利用系统的输入输出数据,不需要任何模型信息。最后,在相同测试条件下,通过Matlab仿真验证了本文设计的无模型自适应PD控制方法,与传统的无模型控制方法 PID控制在船舶航迹控制中的控制性能。

基于干扰观测器的X舵AUV零纵倾变深控制

针对X舵AUV的零纵倾变深控制问题,提出一种基于非线性干扰观测器的滑模控制方法。该方法首先在AUV垂直面操纵模型的基础上,分别对深度与纵倾通道设计非线性干扰观测器,观测AUV变深时深度与纵倾双通道的耦合干扰以及未建模动态,并对其进行前馈补偿;其次,设计深度与纵倾双通道耦合控制器,通过同时对深度与纵倾进行控制减小变深过程的纵倾变化,实现AUV的零纵倾变深控制;最后,设计X舵的舵角分配算法,实现十字舵向X舵的舵角指令转化。仿真结果表明,本文提出的零纵倾变深控制算法能够有效地控制AUV完成高精度零纵倾变深航行。

Suppression of Natural Convection in a Thermoacoustic Pulse Tube Refrigerator

The effects of gravity on the efficiency of thermoacoustic engines are investigated theoretically and experimentally,especially for thermoacoustic pulse tube refrigerators.The significant effects of gravity are found to be due to the presence of natural convection in the thermoacoustic pulse tube when the hot side of the tube is lower than the cold side.This kind of natural convection influences and reduces the efficiency of the thermoacoustic working system.Thus,how to suppress this natural convection becomes important for increasing the efficiency of thermoacoustic engines.Unlike the method of inserting a silk screen in a pulse tube,the present study uses a numerical simulation method to research the natural convection in pulse tubes,and we try to change the shape of the pulse tube to suppress this convection.

川云冰块预防鼻咽癌放射治疗口腔黏膜损伤临床观察

目的目前临床上防治放射性口腔黏膜损伤方法效果不明显,多种不同方法用于临床以提高其疗效。本研究旨在探讨川贝枇杷膏和云南白药冰块(川云冰块)在鼻咽癌放射治疗后防治口腔黏膜损伤的疗效及安全性。方法选取2016-01-20-2018-04-12山东大学附属省立医院接受鼻咽癌放射治疗的100例患者为研究对象,分为观察组和常规组,各50例。常规组给予放射治疗的常规护理,观察组在此基础上给予川贝枇杷膏和云南白药冰块含服。回顾分析2组患者放射治疗后口腔黏膜放射性炎症程度、黏膜疼痛程度、口腔咽拭子培养有细菌率及体质量降低率情况。结果放射治疗第4周,2组患者口腔咽拭子培养有细菌率(χ~2=0.542,P=0.461)和体质量降低率(χ~2=1.000,P=0.317)比较,差异均无统计学意义。放射治疗第8周,观察组及常规组Ⅲ、Ⅳ级口腔黏膜炎发生率分别为6%(3/50)、0(0/50)和32%(16/50)、18%(9/50),Z=-5.123,P<0.001;观察组及常规组口腔黏膜Ⅱ、Ⅲ度疼痛发生率分别为50%(25/50)、6%(3/50)和60%(30/50)、22%(11/50),Z=-3.078,P=0.002;观察组及常规组口腔咽拭子培养有细菌率分别为32%(16/50)和64%(32/50),χ~2=10.256,P=0.001;观察组及常规组体质量降低率分别为34%(17/50)和70%(35/50),χ~2=12.981,P=0.001,差异均有统计学意义。结论川云冰块能缓解鼻咽癌患者的放射性口腔黏膜炎症反应,减轻放射性黏膜疼痛,减少口腔细菌感染,从而改善营养状态。

基于极局部模型的机械臂自适应滑模控制

针对多自由度机械臂在实现轨迹跟踪控制时过于依赖机械臂的精确数学模型和跟踪精度低等问题,提出了一种将自适应神经网络、极局部模型与积分型终端滑模相结合的控制方法。该方法使用一种基于时延估计的极局部模型来近似机械臂的动力学模型,利用自适应神经网络的非线性逼近性能,补偿时延估计产生的误差;对极局部模型设计积分型滑模控制器提高系统的收敛速度和控制精度,实现不依靠动力学模型的机械臂高精度轨迹跟踪。通过李雅普诺夫理论证明系统的稳定性和有限时间收敛性。最后通过实验,验证了该控制方法可以在完全不依赖模型信息的前提下实现机械臂的高速度和高精度跟踪控制。