基于扩张状态观测器的滑模预测串级舵减摇控制

针对在定权重模型预测舵减摇控制下的欠驱动船舶转向响应较慢的问题,提出一种基于模糊扩张状态观测器(FESO)的滑模预测串级舵减摇控制方法。建立线性三自由度欠驱动船舶运动模型,设计FESO来估计船舶状态和外部扰动,设计离散自适应滑模控制(DASMC)作为串级外环航向控制,以外环控制作为预期控制律,设计模型预测控制(MPC)作为串级内环减摇控制。通过分析船舶的航向误差和航行情况,设计模糊规则在不同航行情况下改变MPC目标函数的状态权重和控制输入权重,理论证明了所设计观测器的收敛性和控制方法的闭环稳定性。通过对一艘多用途海军舰艇进行数值仿真分析,在航向改变的情况下,所设计的控制器减摇率在保证减摇效果的同时,相比固定权重线性MPC在30°的转向的响应时间更少,证明了所提方法能有效提升欠驱动船舶减摇时对转向的响应。

船舶舵减横摇H^∞鲁棒控制系统

研究了船舶舵减横摇鲁棒控制系统设计问题。根据船舶运动和流体力学原理,指出了舵上产生的横摇力矩及船舶航向(艏摇)与横摇的分频特性,是舵-航向/横摇综合控制技术的基础。提出广义输出干扰的概念,将舵减横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,设计了舵减横摇H∞鲁棒控制系统,并用结构奇异值理论对所设计的系统进行了鲁棒稳定性和鲁棒性能分析。通过数字仿真,证明所设计的控制系统具有良好的减摇控制效果和鲁棒性。

船舶舵减摇的H∞控制设计

针对舵减摇控制系统的特点,提出了一种H∞设计方案。忽略了艏摇特性和横摇特性之间的耦合作用,分析了舵减摇控制系统。采用H∞混合灵敏度的设计方法,从基本的性能要求和鲁棒稳定性要求出发,阐述了舵减摇控制系统H∞设计中权函数的选择依据和确定过程。对所设计的H∞控制器进行了降阶处理,分析了利用积分作用进行相位补偿的设计原理。仿真结果表明,所设计的舵减摇控制系统在相应的频带内具有指定的性能,而且满足鲁棒稳定性要求。对H∞设计结果的详细验证和分析表明H∞设计是一种定量设计,所有的设计要求和指标都可以定量地给出设计结果。

一种用μ分析设计的舵减摇鲁棒控制器

船舶模型不确定性严重影响着舵减摇的效果。本文用μ分析方法设计了一种Ｈ∞控制器来解决结构化模型不确定性的问题。用船舶线性模型和非线性模型模拟海上航行条件的计算仿真表明μ分析控制器具有良好的鲁棒特性。

一种用于减摇的多变量自动舵控制器

舵减摇的效果对船舶水动力参数是敏感的，为此设计了一种H∞控制器来解决这个问题。模拟海上航行条件的仿真结果表明该控制器具有良好的鲁棒特性，设计是成功的。

基于统一模型的船舶迎浪参数横摇数值预报及其舵减摇研究

国际海事组织(IMO)正致力于第二代完整稳性规范的制定,而参数横摇一直是船舶动态完整稳性研究的热点。文章采用考虑船舶操纵性和耐波性运动耦合的统一模型对迎浪规则波下的船舶参数横摇运动进行了时域数值模拟。在时域模型中,六自由度耐波性运动辐射绕射力采用切片理论计算,并由脉冲响应函数法转化到时域。非线性回复力和入射波力采用瞬时湿表面压力积分方法计算。操纵性运动基于MMG模型,依据统一理论将操纵性与耐波性运动进行耦合计算。文中先应用简化三自由度模型对三艘集装箱船进行了参数横摇样船计算,并进行了初步的模型实验验证,依据结果对比分析了横摇惯性矩、初稳性高和方形系数对参数横摇的影响。基于统一模型分析了操纵性运动对参数横摇的影响,并进行了参数横摇舵减摇研究。

基于模糊线性模型的舵减横摇广义预测控制

舵减摇技术是一项新的减摇技术,通常其控制器设计所用的舰船模型为通用线性模型,对实际上为非线性被控对象的控制性能要下降.文中依据非线性舰船模型,应用模糊神经网络简化出适应于舵减横摇控制器设计的模糊线性模型,并设计了广义预测控制器.在典型航行工况下进行系统仿真.仿真结果表明,针对模糊线性模型和通用线性模型,用同一种方法与参数设计的2个控制器,前者的减摇率可达到40.70%,要高于后者的25.38%.仿真证明了模糊线性模型的可用性.

船舶舵/鳍联合减摇鲁棒控制研究

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.

舵鳍联合减摇的鲁棒控制系统

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。

鲁棒H_∞控制理论在舵减摇中的应用

针对船舶舵减横摇控制系统的非最小相位特性,提出了基于正实性设计思想的鲁棒H∞设计方案。分析了系统的性能要求和舵机对舵角和舵速的限制,给出了权函数选择的详细过程,设计了舵减摇的H∞控制器。考虑了系统模型可能存在的不确定性,将鲁棒H∞设计结果与传统的PID设计结果进行了对比。仿真结果表明,所设计的舵减摇H∞控制系统不但取得了很高的减摇效果,而且具有很好的鲁棒稳定性;而传统的PID控制系统在对象模型存在摄动时,会导致系统不稳定,鲁棒性很差。

基于混合遗传算法优化的舵减摇模糊控制系统

将混合遗传算法应用于船舶舵阻摇 ,充分发挥了模糊逻辑、神经网络和遗传算法各自的优势 .采用模糊系统的自适应变节点的神经网络学习模糊神经网络参数 ,从样本数据中获取模糊控制规则 ,弥补了各自的不足 .

Bode积分定理在舵减摇H_∞设计中应用

针对舵减摇系统的H∞混合灵敏度问题,研究了控制系统设计中的限制因素,指出舵减摇控制系统的性能(灵敏度特性)要受到Bode积分定理的约束,因此在船舶横摇自然频率附近的频段内性能不能做到太低。考虑这些限制条件,并从基本的性能要求出发,详细说明了舵减摇系统H∞设计中权函数的确定。经过多次重新设计和对比,给出了一组最为合理的设计结果。仿真结果表明,所设计的H∞控制系统满足性能要求,而且取得了很高地减摇效果。

遗传算法在舵减摇控制参数优化中的应用

对船舶舵减摇控制系统进行了分析 ,在此基础上运用遗传算法优化了控制器的参数 ,使舵在较低的舵速下减横摇与航向保持两方面得到了很好的适配 .仿真结果表明 。

鳍/舵减摇双重控制的H_∞设计

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。

舰船舵减横摇广义预测约束控制

依据舵减摇状态空间模型,推导舵减横摇广义预测控制律,在舵角舵速约束的条件下,采用二次型规划计算控制量进行减横摇控制。对某一船舶在典型航行工况下进行了系统仿真,仿真结果表明,该方法不但可取得35%~45%的减摇效果,而且对横摇角速度与横摇角加速度也有40%左右的减小效果。

某型船舶舵鳍联合减摇控制策略研究

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。

基于遭遇角决策的并行双模切换舵减摇控制

结合舵减摇控制中通用线性模型与模糊线性模型的优缺点,采用了一种根据遭遇角的不同自动切换控制器设计模型的并行双模切换舵减摇控制方案。为在线自动辨识遭遇角,提出基于横摇功率谱密度柱状图的神经网络辨识方法。仿真结果表明,该方法辨识精度较高,且比传统重心法节省了在线计算量与存储数据库所需的存储空间,简化了辨识流程。

舵减摇技术应用中液压舵机系统的改造

文章针对某艇舵减摇技术应用中液压舵机系统的改造,对其工作原理。

舵减摇控制系统的开环增益成形设计

针对船舶航向/舵减横摇控制系统的特点,提出了一种新的设计方案。对舵减横摇控制回路,基于开环增益成形的思想,通过指定闭环灵敏度函数的幅频特性形状,得到相应的舵减横摇控制器。在设计过程中不但考虑了对象的非最小相位特性,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,给出了一组优化设计结果。对航向控制回路,应用混合灵敏度问题设计了H∞航向控制器。设计指标是在保证船舶能很好的跟踪航向指令的前提下尽可能的减小艏摇控制回路和横摇控制回路之间的耦合作用。仿真结果表明,所设计的舵减摇控制系统满足性能要求,取得了较高的减摇率,而且横摇运动对航向的影响很小。通过对摄动后的对象进行仿真,进一步验证了系统具有很好的鲁棒性。

舵减摇系统控制机理研究

本文研究了航行于波浪中的舰船受到的波浪力矩的特性、舰船的横摇运动特性以及舵作为减摇设备使用的特性 ,并在此基础之上探讨了舵减摇系统的控制机理 。