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Energy Optimization of the Fin/Rudder Roll Stabilization System Based on the Multi-objective Genetic Algorithm (MOGA) 被引量:3
1
作者 Lijun Yu Shaoying Liu Fanming Liu Hui Wang 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2015年第2期202-207,共6页
Energy optimization is one of the key problems for ship roll reduction systems in the last decade. According to the nonlinear characteristics of ship motion, the four degrees of freedom nonlinear model of Fin/Rudder r... Energy optimization is one of the key problems for ship roll reduction systems in the last decade. According to the nonlinear characteristics of ship motion, the four degrees of freedom nonlinear model of Fin/Rudder roll stabilization can be established. This paper analyzes energy consumption caused by overcoming the resistance and the yaw, which is added to the fin/rudder roll stabilization system as new performance index. In order to achieve the purpose of the roll reduction, ship course keeping and energy optimization, the self-tuning PID controller based on the multi-objective genetic algorithm (MOGA) method is used to optimize performance index. In addition, random weight coefficient is adopted to build a multi-objective genetic algorithm optimization model. The objective function is improved so that the objective function can be normalized to a constant level. Simulation results showed that the control method based on MOGA, compared with the traditional control method, not only improves the efficiency of roll stabilization and yaw control precision, but also optimizes the energy of the system. The proposed methodology can get a better performance at different sea states. 展开更多
关键词 ship motion energy optimization ship roll reduction performance index self-tuning PID multi-objective geneticalgorithm (MOGA) roll stabilization fin/rudder roll stabilization yaw control precision
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基于模型预测控制的无人帆船轨迹跟踪方法
2
作者 贾金恒 黄琰 +2 位作者 赵文涛 孙朝阳 颜闽秀 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第1期145-157,共13页
[目的]面向无人帆船在水面、水下跨域异构海洋机器人的协同作业场景,提出基于模型预测控制(MPC)的无人帆船轨迹跟踪方法。[方法]针对“海鸥”号无人帆船,建立其动力学模型及运动学模型,通过分析无人帆船动力学特点及执行器约束条件,构建... [目的]面向无人帆船在水面、水下跨域异构海洋机器人的协同作业场景,提出基于模型预测控制(MPC)的无人帆船轨迹跟踪方法。[方法]针对“海鸥”号无人帆船,建立其动力学模型及运动学模型,通过分析无人帆船动力学特点及执行器约束条件,构建MPC目标函数及系统约束条件,将无人帆船的轨迹跟踪问题转化为优化问题,并利用Matlab软件开展仿真实验验证。[结果]仿真结果表明,与“帆–舵”分离的PID轨迹跟踪控制方法相比,所提出的无人帆船“帆–舵”联合MPC控制方法更便于添加约束条件,其在风向变化的情况下能以更小的轨迹跟踪误差来更快地收敛于指定轨迹,且其可以实现逆风折线航行。[结论]研究成果可为无人帆船的帆、舵控制提供新的思路,提高其轨迹跟踪能力,进一步为无人帆船与AUV的高效协同作业提供技术保障。 展开更多
关键词 无人帆船 轨迹跟踪 模型预测控制 帆舵联合控制 MATLAB
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舵鳍联合减摇的鲁棒控制系统 被引量:11
3
作者 张显库 杨盐生 郭晨 《交通运输工程学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第4期71-74,共4页
为了在保持航向的同时,达到较好的减摇效果,提高船舶航行的安全性和舒适度,设计一种舵鳍联合控制系统。根据先验知识,用具有工程意义的带宽频率、高频渐近线斜率、最大奇异值和频谱峰值4个参数构造了闭环系统的传递函数阵,给出了多输入... 为了在保持航向的同时,达到较好的减摇效果,提高船舶航行的安全性和舒适度,设计一种舵鳍联合控制系统。根据先验知识,用具有工程意义的带宽频率、高频渐近线斜率、最大奇异值和频谱峰值4个参数构造了闭环系统的传递函数阵,给出了多输入多输出系统的闭环增益成形算法,将之应用于舵鳍联合减摇的控制中,运用Simulink工具箱得到仿真曲线。仿真结果表明所设计的控制系统在保证航向控制的同时,船舶横摇平均在±2°左右,最大4°,达到了较好的减摇效果。 展开更多
关键词 船舶工程 舵鳍联合减摇控制 闭环增益成形算法 鲁棒控制
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基于H^∞设计法的非线性舵鳍联合控制系统仿真研究 被引量:19
4
作者 于萍 刘胜 《系统仿真学报》 CAS CSCD 2002年第8期1040-1044,共5页
建立了首摇、横荡、横摇三个自由度的船舶运动方程。给出了随机海浪波高、横荡力、横摇力矩、艏摇力矩的仿真算法。介绍了干扰抑制的H∞线性系统设计方法。把非线性船舶舵鳍联合控制系统设计问题化为以二次型性能指标为目标函数的干扰... 建立了首摇、横荡、横摇三个自由度的船舶运动方程。给出了随机海浪波高、横荡力、横摇力矩、艏摇力矩的仿真算法。介绍了干扰抑制的H∞线性系统设计方法。把非线性船舶舵鳍联合控制系统设计问题化为以二次型性能指标为目标函数的干扰抑制的H∞线性系统设计问题;基于H∞系统设计方法,进行舵鳍联合控制系统的设计。并用MATLAB语言完成了控制器的设计与仿真,仿真结果表明基于H∞设计法的舵鳍联合控制器在保证航向控制的同时。 展开更多
关键词 H^∞设计法 非线性 舵鳍 联合控制 系统仿真 船舶
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船舶舵/鳍联合减摇鲁棒控制研究 被引量:9
5
作者 刘胜 方亮 于萍 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第10期1109-1115,共7页
为了提高船舶减摇效果,研究了舵/鳍联合减摇鲁棒控制问题.通过提出广义输出干扰的概念,将舵/鳍联合减摇控制系统广义对象的奇异控制问题转化为非奇异标准控制问题,给出了艏摇/横摇耦合运动的线性分式变换模型和广义对象状态空间实现.基... 为了提高船舶减摇效果,研究了舵/鳍联合减摇鲁棒控制问题.通过提出广义输出干扰的概念,将舵/鳍联合减摇控制系统广义对象的奇异控制问题转化为非奇异标准控制问题,给出了艏摇/横摇耦合运动的线性分式变换模型和广义对象状态空间实现.基于μ综合设计了舵/鳍联合减摇H∞鲁棒控制系统的控制器,并用结构奇异值理论对所设计的系统进行鲁棒稳定性和鲁棒性能分析.通过数字仿真,证明了所设计的控制系统具有良好的减摇效果和鲁棒性. 展开更多
关键词 船舶 舵/鳍联合减摇 H^∞ 鲁棒控制 数字仿真
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船舶舵鳍联合减摇模糊变结构控制研究 被引量:5
6
作者 张冰 许可建 姜长生 《中国航海》 CSCD 北大核心 2005年第4期1-3,共3页
分析了船舶运动的非线性模型,根据实际情况进行假设,得到了船舶舵鳍联合减摇控制系统的状态方程,把非线性船舶舵鳍联合控制模型转化为可控正则型;将船舶运动模型看作是由横摇、艏摇、横荡3个子系统构成的大系统,进行了舵鳍联合控制,设... 分析了船舶运动的非线性模型,根据实际情况进行假设,得到了船舶舵鳍联合减摇控制系统的状态方程,把非线性船舶舵鳍联合控制模型转化为可控正则型;将船舶运动模型看作是由横摇、艏摇、横荡3个子系统构成的大系统,进行了舵鳍联合控制,设计了舵鳍联合控制器和分散非线性变结构控制器,为了改善控制的品质,又进一步提出了模糊趋近律变结构控制的方法,最后针对减摇控制器进行了MATLAB仿真研究。仿真结果表明:舵鳍联合控制器能够很好的抑制船舶的横摇和艏摇,并能尽可能的减小横荡。 展开更多
关键词 船舶 舰船工程 减摇 舵鳍联合控制 变结构控制 模糊趋近律
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具有航向保持非线性的舵鳍非线性鲁棒控制 被引量:7
7
作者 王新屏 张显库 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2008年第8期1549-1552,共4页
针对给定的线性舵鳍联合系统,考虑船舶航向保持的非线性,建立了一个舵鳍联合系统的非线性数学模型,然后采用精确反馈线性化对该非线性模型进行线性化,最后基于闭环增益成形算法设计出非线性鲁棒控制器。通过Matlab的Simulink工具箱分别... 针对给定的线性舵鳍联合系统,考虑船舶航向保持的非线性,建立了一个舵鳍联合系统的非线性数学模型,然后采用精确反馈线性化对该非线性模型进行线性化,最后基于闭环增益成形算法设计出非线性鲁棒控制器。通过Matlab的Simulink工具箱分别对6级风浪和8级风浪作用下考虑舵机、鳍机特性的非线性舵鳍联合控制系统进行仿真,仿真结果表明所设计的控制器在保持航向控制的同时,能达到较好的减摇效果,并且该控制器具有较强的鲁棒性。本研究具有设计简单、物理意义明显的优点。 展开更多
关键词 交通控制 舵鳍联合 精确反馈线性化 闭环增益成形 非线性 鲁棒
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某型船舶舵鳍联合减摇控制策略研究 被引量:3
8
作者 王振强 胡绪昌 +1 位作者 黄雪平 项卫东 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2017年第S1期170-173,203,共5页
对某型船舶现有的减摇装置进行分析,通过设计增加自动舵的减摇控制系统,实现测量船的舵鳍联合减摇控制。仿真表明,不同航态下舵鳍联合控制与减摇鳍相比,均有显著的减摇效果,并结合该船的实际情况得出了减摇装置的使用的控制策略。
关键词 减摇鳍 舵鳍联合减摇 控制策略
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船舶舵鳍联合控制的综述 被引量:4
9
作者 王新屏 张显库 关巍 《中国航海》 CSCD 北大核心 2009年第2期20-25,29,共7页
船舶舵鳍联合控制是在鳍减摇和舵减摇基础上发展起来的一种减摇方式,也是船舶减摇控制领域的一个重要研究课题,它能在克服鳍减摇和舵减摇缺点的同时提高减摇效果,通过对舵鳍联合控制的研究情况的综述和总结,概述了舵鳍联合控制的优点及... 船舶舵鳍联合控制是在鳍减摇和舵减摇基础上发展起来的一种减摇方式,也是船舶减摇控制领域的一个重要研究课题,它能在克服鳍减摇和舵减摇缺点的同时提高减摇效果,通过对舵鳍联合控制的研究情况的综述和总结,概述了舵鳍联合控制的优点及发展过程,并根据国内外现有的研究情况,分析和讨论了舵鳍联合控制的发展趋势。 展开更多
关键词 船舶 舰船工程 减摇 舵鳍联合 减摇鳍 舵减摇 综述
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舵鳍联合非线性数学模型的建立及仿真 被引量:6
10
作者 王新屏 张显库 关巍 《中国航海》 CSCD 北大核心 2009年第4期58-64,共7页
针对船舶运动的非线性本质,为舵鳍联合系统建立了具有通用性的非线性数学模型。首先基于MMG(Ship Manoeuvring Mathematical Model Group)的建模思想,建立一个包含风、浪、流干扰的4自由度舵鳍联合非线性数学模型,并详细给出了模型涉及... 针对船舶运动的非线性本质,为舵鳍联合系统建立了具有通用性的非线性数学模型。首先基于MMG(Ship Manoeuvring Mathematical Model Group)的建模思想,建立一个包含风、浪、流干扰的4自由度舵鳍联合非线性数学模型,并详细给出了模型涉及的参数及流体动力导数的计算公式。然后利用该模型对"Hual Trooper"号汽车运输船及"Belnor"号散货运输船进行回转试验及Z形试验的仿真,得到了一系列与实船试验曲线接近的仿真曲线。仿真结果说明了该模型的正确性和工程可行性。 展开更多
关键词 船舶 舰船工程 舵鳍联合 非线性数学模型 仿真 回转试验 Z形试验
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舵/鳍联合减摇的H_∞控制方法 被引量:2
11
作者 刘彦文 苗秋妍 +1 位作者 刘胜 高振国 《控制工程》 CSCD 北大核心 2010年第5期595-598,共4页
针对舵/鳍联合减摇控制系统的特点,提出了一种新的基于正实性设计思想的H∞控制方案,并根据设计结果对控制器参数进行了综合调节。采用H∞混合灵敏度设计方法,从基本的性能要求和鲁棒稳定性要求出发,对舵减摇控制回路和减摇鳍控制回路... 针对舵/鳍联合减摇控制系统的特点,提出了一种新的基于正实性设计思想的H∞控制方案,并根据设计结果对控制器参数进行了综合调节。采用H∞混合灵敏度设计方法,从基本的性能要求和鲁棒稳定性要求出发,对舵减摇控制回路和减摇鳍控制回路进行了设计,并且详细地给出了各个权函数的确定过程。在设计过程中不但考虑了舵机和鳍机的非线性限制,还分析了Bode积分定理对性能的约束条件,在系统的性能和控制输出之间进行了折衷,给出了一组最优的设计结果。仿真结果表明,所设计的H∞控制系统在相应的频带内具有指定的性能,系统在不同海况,不同遭遇角时,都取得了很高的减摇率。而且在对象存在摄动的情况下系统仍具有最优的性能和很好的鲁棒稳定性。 展开更多
关键词 H∞控制 舵/鳍联合减摇 Bode积分 性能约束
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舵鳍联合自抗扰主从控制策略设计 被引量:4
12
作者 宋吉广 王继铭 +1 位作者 梁利华 史洪宇 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期264-274,共11页
在分析舰船航行中所受干扰特性的基础上,针对目前舵鳍联合控制中存在的问题,以虚拟控制力作为中间变量,设计了主从结构的舵鳍联合控制策略.主控制器采用非线性干扰观测器对环境扰动和模型不确定性进行估计,在此基础上以虚拟控制力作为... 在分析舰船航行中所受干扰特性的基础上,针对目前舵鳍联合控制中存在的问题,以虚拟控制力作为中间变量,设计了主从结构的舵鳍联合控制策略.主控制器采用非线性干扰观测器对环境扰动和模型不确定性进行估计,在此基础上以虚拟控制力作为控制量采用自抗扰结构,对船舶三自由度运动进行联合控制.同时,在主控制器设计中包含了舵/鳍伺服系统的实际约束,保证了从控制器解的可行性.基于遗传算法设计了数值反演从控制器,求取最终的控制量.通过船模试验和仿真对所设计的控制器进行了验证,试验和仿真结果表明所设计的两步主从控制策略具有较好的控制效果. 展开更多
关键词 舵鳍联合控制 非线性模型 非线性干扰观测器 自抗扰控制 主从结构
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舰船航态最优控制器的设计 被引量:4
13
作者 刘维亭 张冰 马继先 《华东船舶工业学院学报》 1999年第5期29-32,共4页
在已知船舶控制模型和海浪干扰模型的前提下,按照适航性能的要求统一考虑了对横荡、横摇和艏摇运动的控制,运用卡尔曼滤波器估计系统状态,采用最优控制理论实现舵鳍联合控制舰船的横向运动,并对不同浪向下的控制效果进行了仿真研究。
关键词 卡尔曼滤波 最佳控制器 模拟仿真 舰船 适航性
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主鳍/襟翼鳍船舶减摇联合控制系统的研究 被引量:4
14
作者 刘胜 陈胜仲 孙静川 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 1999年第4期20-26,共7页
提出了主鳍/ 襟翼鳍船舶减摇联合控制系统,并对其进行了控制方案的研究.首先对系统进行了建模,根据水动力数据,采用加权最小二乘对扶正力矩进行线性拟合.考虑到随机测量误差和测量的工程可实现性,采用卡尔曼滤波器构成系统的状... 提出了主鳍/ 襟翼鳍船舶减摇联合控制系统,并对其进行了控制方案的研究.首先对系统进行了建模,根据水动力数据,采用加权最小二乘对扶正力矩进行线性拟合.考虑到随机测量误差和测量的工程可实现性,采用卡尔曼滤波器构成系统的状态估计器,并在此基础上,采用LQG 控制理论,对系统进行了控制规律的设计.最后,对控制系统进行数字仿真.结果表明,采用主鳍/ 襟翼鳍联合控制的船舶减摇系统,在其横摇姿态稳定控制效果和控制功率方面,与只有主鳍控制的系统相比。 展开更多
关键词 主鳍 襟翼鳍 船舶 减摇
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精确反馈线性化中虚拟输出函数的求解与应用 被引量:2
15
作者 王新屏 张显库 毕宁宁 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 2010年第2期321-329,共9页
为使精确反馈线性化方法得到更广泛的应用,给出虚拟输出函数的简便求解方法.首先将虚拟输出函数的求解转化为偏微分方程组的求解,然后针对这类偏微分方程组的特点提出仿照求解齐次线性方程组的方法可以简便的求出虚拟输出函数.利用该方... 为使精确反馈线性化方法得到更广泛的应用,给出虚拟输出函数的简便求解方法.首先将虚拟输出函数的求解转化为偏微分方程组的求解,然后针对这类偏微分方程组的特点提出仿照求解齐次线性方程组的方法可以简便的求出虚拟输出函数.利用该方法为非线性舵鳍联合系统实现了状态反馈线性化,并基于闭环增益成形算法设计了非线性鲁棒控制器,仿真表明该控制器对原非线性系统能起到良好的控制作用.该方法简单、实用,对于状态反馈线性化的实现具有一定的指导意义. 展开更多
关键词 精确反馈线性化 虚拟输出函数 偏微分方程组 舵鳍联合 闭环增益成形 非线性 鲁棒
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鳍/舵减摇双重控制的H_∞设计 被引量:2
16
作者 刘彦文 王广雄 李栋良 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第1期102-107,113,共7页
针对具有两个不同执行机构,而且两个控制通道的动态特性也不一样的双重控制问题,提出了这类系统的设计方法并应用于用鳍和舵来减摇的系统。对这种合成控制进行了设计。指出两个回路的Nyquist曲线应在船的自然频率上都做到零相移,这样舵... 针对具有两个不同执行机构,而且两个控制通道的动态特性也不一样的双重控制问题,提出了这类系统的设计方法并应用于用鳍和舵来减摇的系统。对这种合成控制进行了设计。指出两个回路的Nyquist曲线应在船的自然频率上都做到零相移,这样舵和减摇鳍的响应才有可能叠加以增强减摇效果。为此提出用H∞控制来保证零相移,并采用灵敏度函数作为系统的性能指标。详细讨论了H∞设计中的权函数选择问题。给出了鳍/舵合成减摇系统的仿真结果,仿真中还考虑了舵伺服系统速率限制对减摇的影响。 展开更多
关键词 减摇 减摇鳍 舵减摇 合成控制 H∞设计
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基于层次分析法的船舶舵机等效性分析 被引量:12
17
作者 李冰 朱田 +1 位作者 张玉廷 李莉红 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期434-440,共7页
为了能够更好地检验所建立船舶舵-鳍-襟翼联合控制物理仿真系统的主舵(鳍)/翼舵(鳍)伺服系统在传动方式和驱动方式上与原型系统的相似程度,提出基于相似度原理对系统进行等效性分析的方法。并结合层次分析法原理研究了判断矩阵一致性修... 为了能够更好地检验所建立船舶舵-鳍-襟翼联合控制物理仿真系统的主舵(鳍)/翼舵(鳍)伺服系统在传动方式和驱动方式上与原型系统的相似程度,提出基于相似度原理对系统进行等效性分析的方法。并结合层次分析法原理研究了判断矩阵一致性修正的新方法,从而更好地确定了各子系统权重大小。最后以主舵/翼舵伺服系统为例,对船舶舵-鳍-襟翼联合控制物理仿真系统进行了等效性分析,证明了本文所提方法的可行性。 展开更多
关键词 层次分析法 相似度 船舶舵-鳍-襟翼联合控制系统 仿真系统 等效性分析
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舵鳍联合减摇与航向保持的非线性控制方法
18
作者 林安辉 蒋德松 《集美大学学报(自然科学版)》 CAS 2017年第4期36-43,共8页
为了研究船舶在固定航速下横荡、横摇和艏摇三个自由度运动的舵鳍联合减摇与航向保持控制问题,通过状态空间的划分,将状态含有绝对值的系统转化成为不含绝对值的切换系统,利用SOS(sum of squares)技术,分别设计了非线性状态反馈切换控... 为了研究船舶在固定航速下横荡、横摇和艏摇三个自由度运动的舵鳍联合减摇与航向保持控制问题,通过状态空间的划分,将状态含有绝对值的系统转化成为不含绝对值的切换系统,利用SOS(sum of squares)技术,分别设计了非线性状态反馈切换控制器和单控制器,并结合Lyapunov稳定性理论给出了闭环系统镇定的充分条件。仿真结果表明:在外扰的影响下,所设计的控制器使得船舶减摇效果明显,而且能够保持期望的航向。 展开更多
关键词 SOS 非线性 切换控制 舵鳍联合减摇 航向保持
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基于最优控制的舵鳍联合减摇性能指标函数的分析研究 被引量:4
19
作者 邹令辉 周岗 +2 位作者 李文魁 陈永冰 殷波兰 《舰船科学技术》 北大核心 2018年第4期17-21,共5页
针对船舶舵鳍联合减摇控制中如何调整控制参数适应外部海况变化的问题,基于最优控制理论,对船舶运动的三自由度模型设计了舵鳍联合减摇最优控制器,重点研究了如何选择性能指标函数的问题,并通过数字仿真得到了权矩阵参数影响控制器减摇... 针对船舶舵鳍联合减摇控制中如何调整控制参数适应外部海况变化的问题,基于最优控制理论,对船舶运动的三自由度模型设计了舵鳍联合减摇最优控制器,重点研究了如何选择性能指标函数的问题,并通过数字仿真得到了权矩阵参数影响控制器减摇性能的规律。 展开更多
关键词 舵鳍联合 最优控制 减横摇 船舶工程
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基于模糊神经网络的舵鳍联合减摇控制 被引量:3
20
作者 阮苗锋 宋立忠 李湘平 《中国航海》 CSCD 北大核心 2015年第2期52-55,103,共5页
船舶是典型的复杂非线性、不确定性系统,受自身结构、所装货物质量、航速及风浪流等因素的影响,难以建立其精确的数学模型。由此,针对目前舵鳍联合减摇控制设计依赖于船舶模型参数的缺点,在充分考虑舵角、舵速等约束条件的基础上,基于... 船舶是典型的复杂非线性、不确定性系统,受自身结构、所装货物质量、航速及风浪流等因素的影响,难以建立其精确的数学模型。由此,针对目前舵鳍联合减摇控制设计依赖于船舶模型参数的缺点,在充分考虑舵角、舵速等约束条件的基础上,基于模糊神经网络设计分离型舵鳍联合减摇控制器,并在不同海况和模型参数存在摄动的情况下进行MATLAB仿真研究。仿真结果表明:所设计的模糊神经网络控制器不仅能使船舶保持航向,而且其减摇效果优于传统PID控制,同时体现出了极强的鲁棒性。 展开更多
关键词 船舶工程 舵鳍联合减摇 模糊神经网络 鲁棒性 舵速限制
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