航行控制算法的智能评估架构设计

控制算法测试验证评估是确保智能船舶航行性能可靠性和安全性的关键。本文梳理了国内外智能评估技术的发展现状,以Transas船舶航行模拟器为船舶智能航行虚拟测试平台,进行航行控制算法测试评估。根据船舶直线段和弯曲段航行特征建立评估指标,提出航行控制算法智能评估系统的设计思路、框架结构和构建流程,初步建立虚拟仿真测试下的船舶航行控制算法智能评估体系,指出该智能评估系统所涉及的关键技术。基于以上研究,对船舶航行控制算法虚拟测试评估技术和未来改进方向进行总结。

无人水面艇自主航行控制仿真系统研究

无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)具有系统复杂、试验区域受限、算法验证实艇效率低等问题,因此,设计一套无人艇仿真模拟系统,具备算法验证、任务推演、数据回放等功能,能加快开发速度,提高试验效率,降低试验成本。该仿真模拟系统集成了5个模块:显控模块用于地图显示、全局航路规划和数据显示等;操纵性运动模型模块主要采用三自由度响应数学模型;环境信息模块主要实现对环境感知数据真实模拟;航行控制模块主要实现无人艇航路跟踪以及航向、航速精确控制;避障模块根据航行态势进行实时避障。该仿真系统中各模块之间相互独立,可进行模块的更换和参数设置,仿真试验结果表明,该仿真系统可以为自主航行算法开发和任务推演提供可靠的验证过程和结果。

全垫升气垫船安全航行控制技术研究综述

全垫升气垫船是一种具有两栖性的高性能船舶,因其独特的两栖性和高速性被广泛应用于民用和军事领域。由于其特殊的气垫围裙结构,船体可以脱离于航行表面,航行阻力极小,因此会导致其操纵性和安全性比普通水面船差。尤其在垫态高速航行时,气垫船缺少足够的向心力和横向力,会涉及失速、低头埋艏、侧漂翻船、高速甩尾等问题。因此针对全垫升气垫船安全航行控制问题,开展其安全航行控制理论与方法研究有着重要的军事意义和民用价值。本文介绍了全垫升气垫船的主要性能和国内外发展概况和全垫升气垫船运动数学模型建立及研究发展;最后归纳总结国内外关于全垫升气垫船安全航行控制技术的研究,分类介绍控制策略发展现状,并讨论全垫升气垫船安全航行技术未来发展方向和趋势。指出未来气垫船安全航行控制将以实现气垫船多功能、智能化、无人化等为目标,在保证气垫船航行安全的前提下实现气垫船自动控制和管理。

基于LabVIEW的水下航行器航行控制系统通信模块设计

为了保证水下航行器的航行安全,航行控制系统内部通信和航行系统与综合控制台之间的通信的性能需要具有较高的实时性和可靠性;基于以太网搭建系统,详细地介绍了系统通信的组成和传输数据的类型,结合系统要求以及TCP/IP、UDP通信协议的特点,选取合适的协议和数据传递方式;对于出现通信堵塞和数据包丢失以及链路不稳定情况,采取自动重连和数据自动重发机制;并采用图形化软件LabVIEW的封装函数实现数据的收发和保存,借助LabVIEW和C语言混合编程实现数据的高效处理;在实验室搭建半实物仿真平台进行测试,结果表明,航行控制系统内部以及和综合控制台之间的数据传输准确、可靠。

基于自抗扰的双桨单舵水面无人艇航行控制

根据双桨单舵驱动水面无人艇的运动特点,针对正常驱动及单桨故障的状态,给出了一种基于增量式比例-积分-微分(proportion-integral-differential,PID)控制器和自抗扰控制算法的水面无人艇航行控制方案。该方法在双桨单舵正常状态下采用自抗扰控制方法,在故障状态下采用增量式PID方法获取平衡舵角,并配合自抗扰方法实现对水面无人艇航行控制。仿真结果表明:在风浪干扰情况下自抗扰控制方法较PID控制方法超调小、抗干扰能力更强。实艇水面测试结果表明:增量式PID与自抗扰相结合的控制方案在单侧螺旋桨出现故障情况下,能保持无人艇目标航向,且具有较好控制效果,能够满足双桨单舵驱动水面无人艇的航行控制要求。

UUV航行控制中心可靠性设计

航行控制中心是UUV的控制核心,其可靠性水平关系到UUV自身的安全性、任务成功率。本文首先介绍了航行控制中心具体的硬件设计方案,提出了航行控制中心的硬件可靠性设计措施。实际应用表明所采用的设计方案、应对措施可有效提高航行控制中心的可靠性。

深潜救生艇航行控制系统研究与实现

深潜救生艇是一类无缆自航式援潜救生装备。针对深潜救生艇航行控制需求,对航行控制系统进行研究,构建系统体系结构,建立深潜救生艇运动数学建模,开展软硬件设计,并进行仿真和试验验证。半物理仿真和海上试验结果,验证了航行控制系统性能稳定可靠,自动控制精度较高,完全满足航行控制需求。

应用于航行控制的计算机智能控制与最优化方法——动态编程与神经网络法

将Bellman函数式应用于船舶避碰路线的选定。即建立一个关于船舶机械运动的形式限制过程的动态模型 ,用于船舶航行的总体控制。形式限制包括圆形 ,椭圆形 ,抛物线形成或六角形 ,包括被神经网络公式化了的在有碰撞可能的海域内船只的活动范围。形式限制在计算机程序中为一个独立的NEUROCONSTR程序 ,是为应用MATLAB软件中神经网络工具箱进行编程的。对这个问题笔者结合计算机仿真实例进行了说明。本文采用一艘正航行于波罗的海一个有 9艘航行中的目标船舶的海域中的实船上的雷达屏幕记录。

黄金分割法在船舶航行控制中的应用研究

将舵角变化很小的船舶航行系统看成是一阶Nomoto线性模型,在此基础上通过最小方差控制理论得到了黄金分割自适应控制系数;然后利用雅各布理论说明对于时变离散线性二阶闭环系统,黄金分割法在船舶控制中的鲁棒性;最后通过仿真实验以及PID控制来说明本文所采用的黄金分割法的有效性。本算法能够降低环境参数对船舶航行的干扰,保证船舶的安全行驶。

自适应智能航行控制方法研究

根据船舶在航行过程中的非线性、不确定特点,设计基于模糊模糊CMAC神经网络的船舶自适应智能控制算法。阐述了模糊CMAC神经网络结构,并且将其运用到自适应智能航行控制系统中,最后通过实验验证不同海况下模糊CMAC神经网络对于船舶航向智能控制具有良好的自适应性和较强的抗干扰性。

非线性Backstepping算法在舰船航行控制器的应用研究

随着我国远洋海上贸易的发展,舰船的航行控制需求也随之快速提高,这对航行器的控制提出了更高的要求,尤其是在复杂的海洋环境中,存在众多的干扰因素,必须有效克服这些干扰,船舶的航行安全才能得到保障。本文介绍一种非线性Backstepping算法,并结合平行计算原理,有效地提高了航行控制器的性能,使航行器的智能化水平得到显著提高,而平行计算能够有效提高航行控制器非线性数据的处理能力。

小型无人水质监测船控制系统及航行控制方法设计

水质监测是大中型水库、河流、海洋等水体监测的的重要手段,小型无人监测船对大型水域的监测在水资源保护与资源开发方面的价值及前景非常广阔;小型无人监测船无需专门人员驾驶,安全性高;且船只体积小,携带方便,机动灵活,相比于传统人工驾驶监测船更加安全方便;本文设计一种基于ARM的监测船用控制系统.

UUV航行控制中心系统软件可靠性设计

航行控制中心软件系统是UUV的控制核心,其可靠性水平关系到UUV自身的安全、任务成功率及可靠性。本文介绍了航行控制中心软件可靠性设计措施,实际应用表明所采用的应对措施可有效提高航行控制中心系统软件的任务成功率,提高了UUV的可靠性。

船舶直线航行控制方案研究

随着船舶向着高速化、大型化和自动化方向发展,世界航运业进一步繁荣,同时也造成了海上交通密集和拥堵现象。为了提高船舶的航行安全,降低船舶操纵人员的劳动强度以及减少油耗,必须对船舶的航向和航迹进行精确控制。本文基于滑模控制理论和自抗扰控制技术,设计一种非线性船舶航向控制器,并研究船舶直线航行的控制方案。

交流变频调速技术在船舶航行控制系统中的应用

介绍了利用交流变频调速技术在船舶航行控制系统的应用。介绍了以Intel8751单片机为核心,辅相应的外围硬件电路,实现对交流电机变频器的输出频率和三相输出相序实时控制,从而最终实现对船舶航行姿态的监控,这种控制方式结构简单、控制方便、性能良好,是一种非常适应于中、小型船舶的电力拖动推进系统。

船舶智能航行关键技术应用与展望

当前数字化、智能化的技术进步引领着智能船舶领域新技术蓬勃发展,成为全球航运业的趋势性发展方向,前景非常广阔。智能船舶借助先进技术和自动化系统,旨在提升操作效率和航行安全性,从而减少人为错误,其应用领域涵盖商业航运、港口管理、海洋科研和海上救援等,潜力不容忽视。针对智能船舶的智能航行领域,结合国内外理论研究与工程应用现状,研究智能航行涉及的核心技术态势感知技术、航行决策技术以及航行控制技术等,提出当前智能航行发展中面临的核心技术、理论转化以及法律法规等方面的问题,并为未来的智能航行相关研究提出一些建议。

船岸标一体智能航行实验系统设计与实现

针对船舶自主航行难题,设计与开发一种基于STM32微控制器的船岸标一体智能航行实验系统,包括航路标识模块、船载感知载荷模块、航行器控制模块。该系统能实现船舶在每个航路转向点前,仿真预报船舶操纵运动轨迹,使用PID控制航模操舵,以提升转向控制精度。经船舶自主航行测试,验证了船岸标一体协同控制可行性和实用性。研究结果可为新一代航运系统中船舶智能航行提供有益的参考。

自治式潜水器规避航行神经网络控制器设计

在规避机动状态下,为了实现对自治式潜水器良好的航行控制,通过分析潜水器的运动状态,建立了运动状态方程,确立了非线性单输入/单输出系统。同时,将复杂的非线性模型通过微分同胚的方法转化为降阶的线性模型,并在此基础上提出了一种基于神经网络的控制方法:将滑模控制思想、反馈线性化理论及神经网络在线建模方法相结合,提出了基于神经网络的鲁棒自适应控制算法,并将此方法用于自治式潜水器高度保持的仿真中,从仿真的结果来看,控制器具有满意的控制效果,证实了该方法的有效性,能为自治式潜水器航行控制提供一定的参考。

CAN总线在水下航行器导航与控制系统中的应用

导航和控制系统是水下航行器的重要组成部分,CAN总线是现场总线和分布式实时控制的发展趋势。针对传统采用RS422通信的集中式导航控制系统中控制管理中心任务过重、可靠性差、抗干扰能力差等缺点,设计了基于CAN总线的分布式导航和控制系统。首先给出了分布式系统的构建方案;再针对基于PC104的控制管理中心、预置器与CAN总线的通信给出了电路设计和系统通信方案;最后详细设计了基于TMS320F2812DSP的舵机控制系统、动力推进控制系统、多普勒系统、惯导系统和GPS系统的通信电路和软件。实验室系统样机试验表明,所设计的CAN总线分布式系统能满足水下航行器在导航和控制方面的要求。

智能航行系统可靠性测试验证关键问题研究

现今,船舶智能化方兴未艾,世界主要航运国家都制定了智能船舶发展规划及行动计划。智能船舶内涵丰富,包括智能航行、智能机舱、智能船体、智能能效管理、智能货物管理等多个方向,通过“智能赋能”,使船舶更加安全、环保、经济和高效。智能航行是船舶智能化运行的关键特征,体现了船舶作为一类交通工具最本质的功能属性,在环境感知、智能决策、航行控制等各个研究方向涌现了大批成果,并已经取得了一定程度的应用。