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Line of sight waypoint guidance for a container ship based on frequency domain identification of Nomoto model of vessel
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作者 M.T.Ghorbani 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第8期1944-1953,共10页
CIFER software is used to identify steering and roll dynamics of a container ship. In this software, advanced features such as the Chirp-Z transform(CZT) and composite window optimization are applied to the time histo... CIFER software is used to identify steering and roll dynamics of a container ship. In this software, advanced features such as the Chirp-Z transform(CZT) and composite window optimization are applied to the time history of steering and roll dynamics to extract high quality frequency responses. From the extracted frequency responses, two linear transfer functions of Nomoto model are fitted for yaw and roll dynamics of the vessel. Based on the identified Nomoto model, a PID heading controller and a Kalman filter observer are constructed. The simulation results of heading controller for line of sight(LOS) waypoint guidance show excellent tracking of pilot inputs in the presence of wave induced motions and forces. 展开更多
关键词 container ship nomoto model Kalman filter frequency domain identification CIFER software
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一种基于扩展状态观测器的智能船舶Nomoto模型参数辨识方法
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作者 朱曼 文元桥 +1 位作者 孙吴强 雷涛 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2023年第3期75-85,共11页
[目的]为了支持制导、导航、控制等船舶智能化技术的测试验证平台的搭建,利用系统辨识技术得到高精度的智能船舶野本(Nomoto)运动模型参数。[方法]充分结合扩展状态观测器(ESO)以及鲁棒加权最小二乘支持向量回归(RW-LSSVR)算法的优势,... [目的]为了支持制导、导航、控制等船舶智能化技术的测试验证平台的搭建,利用系统辨识技术得到高精度的智能船舶野本(Nomoto)运动模型参数。[方法]充分结合扩展状态观测器(ESO)以及鲁棒加权最小二乘支持向量回归(RW-LSSVR)算法的优势,提出一种高效低成本的混合参数辨识方法。为解决模型参数辨识中无法直接有效获取某些状态量的问题,构建了基于ESO的状态估计方法。基于估计方法与直接测量的船舶运动状态量,采用具有较强抗异常值干扰的RW-LSSVR对智能船舶二阶线性Nomoto运动模型参数进行辨识。以已知模型的两艘船舶为测验对象,对所提参数估计与辨识方法进行综合测验。[结果]在利用较少传感器的情况下,通过ESO可较精确地估计出非直接测量的船舶运动状态量,并且利用RW-LSSVR辨识得到的参数值十分接近标准值。[结论]利用所提方法获得的估计状态可用于参数辨识,并且辨识模型具有较好的泛化性。 展开更多
关键词 智能船舶 nomoto模型 状态估计 RW-LSSVR算法 混合参数辨识方法
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关于船舶Nomoto模型的进一步思考 被引量:19
3
作者 张显库 王新屏 朱璐 《航海技术》 2008年第2期2-4,共3页
在教学和科研实践中发现船舶操纵运动方程(Nomoto模型)的推导在数学上不够严密,虽然Nomoto模型作为一种近似方法仍然可以继续使用,但为了科学的严谨,对船舶运动数学模型重新进行了简化,指出了Nomoto模型的适用范围,并给出了小型及快速... 在教学和科研实践中发现船舶操纵运动方程(Nomoto模型)的推导在数学上不够严密,虽然Nomoto模型作为一种近似方法仍然可以继续使用,但为了科学的严谨,对船舶运动数学模型重新进行了简化,指出了Nomoto模型的适用范围,并给出了小型及快速船舶的Nomoto模型参数的修正方案。 展开更多
关键词 船舶 nomoto模型 操纵性指数
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考虑舵机故障的船舶鲁棒自适应航向保持控制 被引量:6
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作者 王文新 刘上 +1 位作者 张国庆 张显库 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2023年第1期116-123,共8页
[目的]针对舵机故障、控制增益未知和海洋环境干扰情况下的欠驱动船舶航向保持问题,设计一种考虑舵机故障的船舶鲁棒自适应航向保持控制算法。[方法]通过结合鲁棒神经阻尼技术和自适应方法,对繁重的神经网络权值进行横向压缩,仅需设计2... [目的]针对舵机故障、控制增益未知和海洋环境干扰情况下的欠驱动船舶航向保持问题,设计一种考虑舵机故障的船舶鲁棒自适应航向保持控制算法。[方法]通过结合鲁棒神经阻尼技术和自适应方法,对繁重的神经网络权值进行横向压缩,仅需设计2个自适应学习参数对未知增益和舵机故障参数在线补偿,以确保船舶在舵机故障的情况下能够有效执行航向保持任务。通过李雅普诺夫理论,证明所提出的控制器半全局最终一致稳定有界(semi-global uniform and ultimately bounded,SGUUB)。最后以“育鲲”轮为仿真对象,建立非线性Nomoto数学模型,在海洋干扰下进行对比仿真试验验证。[结果]结果表明,在此策略下,“育鲲”轮在舵机故障情况下平均舵角输出比仿真试验中所对比的传统方法降低了51%,可改善航向保持控制效果。[结论]研究结果可为欠驱动船舶的航向保持控制问题提供借鉴。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 航向保持 鲁棒自适应控制 舵机故障 nomoto数学模型
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基于扩张状态卡尔曼原理的海浪滤波算法
5
作者 周佳宇 韩俊庆 +1 位作者 李伟 孟凡彬 《舰船科学技术》 北大核心 2023年第7期62-65,共4页
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;... 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。 展开更多
关键词 nomoto模型 海浪滤波 卡尔曼滤波 无效舵
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基于模糊PID的无人帆船航向控制方法 被引量:12
6
作者 张雪飞 袁鹏 +3 位作者 谭俊哲 王树杰 徐泓燊 孙烨 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2019年第6期15-21,共7页
[目的]无人帆船在复杂海况下会出现航向状态不稳定的现象,为提高帆船在多变和未知环境下的抗干扰能力与航行的稳定性,实现对帆船航向的准确控制,提出一种结合传统PID技术的模糊自适应控制方法。[方法]建立响应型三自由度的Nomoto运动数... [目的]无人帆船在复杂海况下会出现航向状态不稳定的现象,为提高帆船在多变和未知环境下的抗干扰能力与航行的稳定性,实现对帆船航向的准确控制,提出一种结合传统PID技术的模糊自适应控制方法。[方法]建立响应型三自由度的Nomoto运动数学模型,借助Matlab的Simulink建模工具搭建模糊规则和仿真控制器,对PID控制参数进行实时在线优化调整。分别在不同航速和加入随机扰动下,与传统PID控制进行对比研究,分析不同的控制方法对航向的影响情况,并通过试验进行对比验证。[结果]结果表明,应用模糊PID方法控制小型无人帆船的航向,具有较好的自适应能力和较强的鲁棒性。[结论]研究成果可为无人帆船的航向控制设计提供参考。 展开更多
关键词 无人帆船 模糊PID nomoto模型 航向控制
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基于ARM的数字式自动舵设计 被引量:1
7
作者 封浩 熊远生 《机电工程》 CAS 2010年第9期65-68,共4页
针对我国的自动操舵仪长期以来都是采用模拟技术设计的问题,介绍了一种以ARM为核心的数字式自动舵的模块化设计方法及相应实验结果。首先介绍了船舶运动控制的野本模型,分析了系统的控制原理,然后根据系统结构框图设计了各功能模块和程... 针对我国的自动操舵仪长期以来都是采用模拟技术设计的问题,介绍了一种以ARM为核心的数字式自动舵的模块化设计方法及相应实验结果。首先介绍了船舶运动控制的野本模型,分析了系统的控制原理,然后根据系统结构框图设计了各功能模块和程序流程图。系统的软硬件均采用模块化设计,自动航向控制策略采用PID控制。系统具有电子罗盘、电罗经、GPS等多种导航信号接口,具有手动、随动、自动等多种控制模式,预留了多种通讯接口,可方便地与其它设备连接。实验结果表明,该设计方案可行。 展开更多
关键词 ARM 自动操舵仪 野本模型 模块化设计
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基于鲁棒自适应扰动观测器的船舶航向保持控制器设计 被引量:12
8
作者 李纪强 张国庆 尚洪达 《中国航海》 CSCD 北大核心 2020年第4期15-19,共5页
针对受外界海洋环境扰动的欠驱动船舶航向保持控制问题,设计一种基于鲁棒自适应扰动观测器的船舶航向保持控制算法。通过Lyapunov理论,证明设计的控制器半全局一致最终有界稳定(Semi-Global Uniform and Ultimately Bounded,SGUUB)。以... 针对受外界海洋环境扰动的欠驱动船舶航向保持控制问题,设计一种基于鲁棒自适应扰动观测器的船舶航向保持控制算法。通过Lyapunov理论,证明设计的控制器半全局一致最终有界稳定(Semi-Global Uniform and Ultimately Bounded,SGUUB)。以“育鲲”轮为船舶模型,建立考虑外界干扰的非线性Nomoto数学模型,在4级海况下进行航向保持仿真试验,并且与已有的控制算法进行对比,仿真结果表明:在达到稳定之后,基于鲁棒自适应扰动观测器的船舶航向保持器能使舵机操舵频率明显下降,舵机损耗较低,进一步验证提出的控制器算法具有较好的控制效果和鲁棒性。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 航向保持 鲁棒自适应 扰动观测器 nomoto数学模型
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基于Super-twisting的欠驱动船舶滑模自抗扰控制 被引量:3
9
作者 韩俊庆 李伟 +3 位作者 孟凡彬 杜亚震 朱志军 谢华伟 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第8期73-78,共6页
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... 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。 展开更多
关键词 航迹跟踪 微分跟踪器 nomoto模型 扩张状态观测器 Super-twisting 2阶滑模
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基于自适应神经模糊推理系统的船舶航向自抗扰控制 被引量:14
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作者 秦贝贝 陈增强 +1 位作者 孙明玮 孙青林 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2020年第2期255-263,共9页
在实际的船舶航向控制中,航向系统在受到外界风浪干扰时表现出的模型非线性和参数不确定性,为航向控制器的设计带来了困难。针对该问题,设计了常规的线性自抗扰控制器和两种在线学习的自抗扰控制器。利用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)... 在实际的船舶航向控制中,航向系统在受到外界风浪干扰时表现出的模型非线性和参数不确定性,为航向控制器的设计带来了困难。针对该问题,设计了常规的线性自抗扰控制器和两种在线学习的自抗扰控制器。利用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)实现自抗扰控制器参数的在线调整,设计了自适应PD的自抗扰控制器和自适应扩张状态观测器(ESO)的自抗扰控制器;分别在船舶受到外界扰动和参数摄动的两种情况下进行了仿真,仿真表明自适应自抗扰控制器控制效果更好,抗扰能力更强,表现出较强的鲁棒性。 展开更多
关键词 航向控制 自适应神经模糊推理系统(ANFIS) 自适应自抗扰控制器 野本(nomoto)模型 线性自抗扰控制(LADRC) 非线性系统 梯度下降法 参数学习
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船舶航行自抗扰控制器的仿真研究 被引量:1
11
作者 赵金海 《舰船电子工程》 2011年第8期76-80,共5页
文章选取带有非线性舵机特性的Nomoto模型作为仿真研究对象。采用经自适应差分算法离线优化过的自抗扰控制器作为船舶航行控制器。仿真结果表明,船舶航行自抗扰控制器在大负载变化和风、浪、流等外界强干扰情况下,具有良好的性能鲁棒性... 文章选取带有非线性舵机特性的Nomoto模型作为仿真研究对象。采用经自适应差分算法离线优化过的自抗扰控制器作为船舶航行控制器。仿真结果表明,船舶航行自抗扰控制器在大负载变化和风、浪、流等外界强干扰情况下,具有良好的性能鲁棒性和动态调节能力。 展开更多
关键词 航行控制 nomoto模型 自抗扰控制器 自适应差分算法
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基于外界扰动的船舶航向保持控制器设计 被引量:1
12
作者 周京 李纪强 +1 位作者 葛海鹏 孙硕 《广州航海学院学报》 2020年第4期19-22,共4页
船舶航向保持控制在海洋工程中具有重要的运用,为了设计简捷的控制器来实现船舶航向保持任务,本文以大连海事大学科研实习船“育鹏”轮为研究对象,对其建立考虑外界干扰的非线性Nomoto数学模,以建立非线性数学模型为控制对象,设计PID航... 船舶航向保持控制在海洋工程中具有重要的运用,为了设计简捷的控制器来实现船舶航向保持任务,本文以大连海事大学科研实习船“育鹏”轮为研究对象,对其建立考虑外界干扰的非线性Nomoto数学模,以建立非线性数学模型为控制对象,设计PID航向保持控制器,用MATLAB旋回试验验证了所建立的非线性数学模型的有效性,两个仿真对比实验验证了建立的非线性Nomoto数学模型相比于线性Nomoto数学模型在所设计PID控制器的控制下,具有良好的控制效果且舵机能量耗损较小. 展开更多
关键词 航向保持 非线性nomoto数学模型 PID控制器
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基于鲁棒自适应控制算法的船舶航迹舵样机设计与开发
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作者 李博 张国庆 +1 位作者 张显库 聂昌行 《大连海事大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期23-30,共8页
以鲁棒自适应航迹保持算法为核心技术,考虑航海工程实际操纵需求,应用嵌入式Linux技术,开发一套具有航海操纵、监控及报警、系统信息显示功能,硬件接口符合国际标准要求的航迹舵样机。以“育鲲”轮为试验对象,在随机海洋环境干扰条件下... 以鲁棒自适应航迹保持算法为核心技术,考虑航海工程实际操纵需求,应用嵌入式Linux技术,开发一套具有航海操纵、监控及报警、系统信息显示功能,硬件接口符合国际标准要求的航迹舵样机。以“育鲲”轮为试验对象,在随机海洋环境干扰条件下,根据海上导航和无线电通信设备及系统-航迹控制系统-操作和性能要求、测试方法及要求的测试结果 (GB/T 37417—2019)国家标准测试场景一对航迹舵进行有效性测试。结果表明,航迹舵可实现对跨0°经纬航线的稳定跟踪控制,且航向误差小于2°,航迹稳态误差小于13 m,满足标准要求。本文提出的航迹舵对船舶高端航行装备国产化具有重要参考意义。 展开更多
关键词 船舶 航迹舵样机 航迹保持 鲁棒自适应控制 nomoto数学模型
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Simulation and test of an agricultural unmanned airboat maneuverability model 被引量:1
14
作者 Yufei Liu Noboru Noguchi Roshanian Fard Ali 《International Journal of Agricultural and Biological Engineering》 SCIE EI CAS 2017年第1期88-96,共9页
The objective of this research was to determine the Nomoto model maneuverability indices of an agricultural unmanned airboat which was developed to perform autonomous weeding and paddy growth monitoring in a paddy fie... The objective of this research was to determine the Nomoto model maneuverability indices of an agricultural unmanned airboat which was developed to perform autonomous weeding and paddy growth monitoring in a paddy field.A global positioning system compass and an inertial measurement unit were attached on the airboat body to record the position,heading and angular rate.The zig-zag experiments were adopted to obtain the maneuverability indices.The Matlab-based maneuvering simulations were conducted and compared with field experimental data of circular motion test and sinusoidal running test,respectively.The results showed that the trace error was at sub-meter level,which expounds the validity of the obtained maneuvering indices.The proposed Nomoto model maneuverability indices can be used to improve the airboat precise automatic control in paddy field. 展开更多
关键词 nomoto model unmanned airboat maneuvering simulation GPS compass IMU
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