Disturbance Observer Based Sliding Mode Controller Design for Heave Motion of Surface Effect Ships

In order to damp the heave motion of surface effect ships(SESs),a sliding mode controller with a disturbance observer was designed.At first,a disturbance observer was proposed to estimate the unknown time-varying disturbance acting on SESs due to waves.Then,based on the disturbance,a slide mode controller was designed to minimize the magnitude of SES's heave motion position.It was theoretically proved that the designed sliding mode controller with the disturbance observer could guarantee the stability of the closed-loop heave motion control system of SESs.Simulations on a Norwegian Navy's SES were carried out and the simulation results illustrated the effectiveness of the proposed controller with the disturbance observer.

基于北斗/GPS双模的船舶通信航标遥测遥控系统

为解决船舶在复杂海况下信号不稳定问题,提升信息传输的安全性和抗干扰能力,获取准确、可靠的船舶位置信息,设计基于北斗/GPS双模的船舶通信航标遥测遥控系统。船舶通信航标终端利用北斗/GPS双模定位模块,解决船舶在复杂海况下信号不稳定问题,提升信息传输的安全性和抗干扰能力,获取准确、可靠的航标位置信息;利用温湿度传感器,采集航标附近环境信息,并通过北斗通信卡传输信息到终端管理中心;终端管理中心根据接收的信息,实时更新显示航标相关信息,并向船舶通信航标终端发送控制指令,确保船舶的航行安全和效率。实验证明,该系统可有效采集航标附近的环境信息,精准定位船舶位置;该系统可实现船舶通信航标的遥测遥控,确保船舶安全航行。

基于离合器滑摩扭矩估计的并联式气电混合动力船舶模式切换控制

在并联式气电混合动力船舶由纯电到混动的模式切换过程中,需要通过离合器的滑摩作用来完成动力的耦合,然而离合器滑摩扭矩具有很大的不确定性,导致其名义值偏离实际值,使得基于名义值的模式切换控制失效,造成传动轴系冲击。针对上述问题,提出了一种基于离合器滑摩扭矩估计的模式切换控制方法。采用扰动观测器与未知输入观测器结合的方式实现了离合器滑摩扭矩的估计,并基于估计值设计了驱动电机以及天然气发动机扭矩控制律。仿真与台架试验结果表明,所提的离合器滑摩扭矩估计方法有较好的估计效果,基于估计值的模式切换控制策略能够有效减小轴系冲击。

遗传算法优化变分模态分解提取舰船辐射噪声特征线谱方法

特征线谱提取是舰船目标识别的一个重要研究环节,常采用传统的DEMON谱分析方法,处理过程中,一般对舰船噪声时域信号未予抑噪,低信噪比情况下,传统DEMON谱分析性能差。对此,提出一种采用遗传算法优化变分模态分解方法,用于分解舰船噪声原时域信号,获得抑制噪声后的舰船噪声重构信号,进而有效提取了舰船目标噪声幅度调制特征线谱。该方法首先采用遗传算法优化变分模态分解的两个关键输入参数(分解所取模态个数和惩罚因子),对变分模态分解得到的各阶固有模态分量加以判别,去除噪声主导分量,保留信号主导分量,使重构舰船噪声信号显著抑制了干扰噪声,然后对降噪后的重构信号进行频谱分析,获得目标噪声调制特征线谱。理论分析、仿真和实验数据处理结果表明,相比传统DEMON谱分析法,基于遗传算法优化变分模态分解的舰船噪声特征线谱提取方法具有更好的噪声抑制能力,所获取的舰船噪声幅度调制特征线谱信噪比明显高于传统DEMON方法,具有一定优势,前景良好。

自主船舶与有人驾驶船舶动态博弈避碰决策

[目的]为实现船舶的高效避碰与安全航行,针对自主船舶与有人驾驶船舶混合航行环境下的交互避碰问题展开研究,提出一种多智能体交互的船舶动态博弈避碰决策方法。[方法]依据驾驶实践,理解并分析混行环境下的船舶避碰问题,基于《国际海上避碰规则》量化船舶会遇态势及碰撞危险,引入动态博弈理论,将存在碰撞危险的船舶个体建模为博弈中具有独立思想的参与者,并以船舶的航向改变量为博弈策略,在船舶安全性收益、社会性收益及经济性收益约束下求解船舶的最优行动序列,以及将船舶驾驶员风格的差异化引入仿真实验中以验证避碰决策的有效性。[结果]结果显示,所提方法能够在自主船舶与有人驾驶船舶混行场景下实现多船的安全会遇;各船在面对不同驾驶风格的目标船舶时均能类人地调整自身的行为策略,从而实现安全避让。[结论]所做研究可为自主船舶及有人驾驶船舶的避碰决策提供参考。

基于激光雷达回波信号的雾天船舶航线快速辨识

激光雷达所处环境噪声较大,船舶航线辨识困难,为解决该问题,提出基于激光雷达回波信号的雾天船舶航线快速辨识方法。采用信号累积增强算法增强雾天激光雷达回波信号,利用改进经验模态分解算法去噪处理增强后的回波信号,结合回波信号通过最小类内方差获取得到船舶航线和水面最佳分割阈值,提取船舶航线特征点。利用最小二乘法拟合法拟合船舶航线特征点,完成雾天船舶航线辨识。实验结果表明,所提方法应用后激光雷达回波信号更平滑,输出信噪比更高,均方根误差更低,船舶航线辨识准确率更理想。

舰载惯性基准故障下的姿态信息重构方法

为满足舰载武器对姿态基准信息的可靠保障需求,提出了一种基于分布式惯性基准的姿态信息重构方法。首先,基于船体模态叠加理论得到不同位置点之间的角形变关系,在此基础上建立了角形变空域预测模型;其次,利用多套惯性基准设备的姿态输出,通过数据预处理获得船体角形变,并用于形变空域预测模型的参数估计;最后,利用多段正常的船体角形变数据对故障惯性基准与主惯导之间的形变进行预测,再将主惯导的姿态补偿形变预测值,得到故障惯性基准的重构姿态信息。实船数据验证结果表明,利用4套正常工作的惯性基准的姿态输出,即可实现对全船任意故障惯性基准的姿态信息重构,相对预测精度比优于70%。所提方法可用于惯性基准故障条件下的应急姿态信息保障。

基于VMD与共振稀疏分解的舰船辐射噪声窄带特征提取

为了获取实测舰船辐射噪声信号中有效的目标信息、提高低信噪比条件下目标信号的可分性,文章提出了结合变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和共振稀疏分解(Resonance-based Sparsity Signal Decomposition,RSSD)的舰船辐射噪声信号特征提取方法。基于舰船辐射噪声信号具有一定的周期性而外界干扰具有随机性的特点,首先利用VMD自相关分析的方法重构信号,主要剔除带外噪声分量;然后采用RSSD算法基于信号共振属性的不同,进一步滤除带内噪声和瞬态干扰,实现对信号中周期性振荡成分的提取;最后提取信号的波形结构特征用于目标的分类识别。仿真信号与实测信号分析表明,该方法可以较好地滤除带内外噪声,增强舰船辐射噪声信号固有的窄带特征。多类舰船目标的分类实验结果表明,该方法可以有效提高低信噪比信号的可分性,有利于提高目标识别的性能。

SPOC翻转课堂在船舶涂装教学中的运用

传统的课堂讲授模式是大多数高职教学的主要方式,刻板的理论知识不但让学生感到困倦,而且无法满足高职教育的特色和企业的岗位需求。现代翻转课堂教学能够有效地提高学生自主学习的能动性,增加课内与教师的互动性,使学生更深刻地理解和内化理论知识。鉴于船舶涂装专业的技能性与特殊性,基于SPOC翻转课堂视角,对如何构建新的SPOC翻转课堂教学模式进行积极的探索和研究。

扁平大空间船舶火灾烟气控制试验研究

为有效控制扁平大空间船舶火灾烟气蔓延,研究大尺度火灾过程中的油池质量损失速率、舱室温度分布、隔热效率和烟气控制效果。利用尺寸为30 m×24 m×2.3 m的模拟舱,在0.35、0.55和0.70 m等3种不同挡烟垂壁高度和机械通风条件下开展试验。结果表明:挡烟垂壁高度增加,油池质量损失速率峰值减小;挡烟垂壁高度对舱室上层烟气温度的影响比对下层气体温度的影响更明显,1.4 m以上空间温度峰值明显下降,而1.4 m以下空间温度峰值无明显变化。顶棚平均温度和隔热效率随挡烟垂壁高度增加而下降。随挡烟垂壁高度增加,火源区与非火源区同时控烟模式隔热效率从28.2%提升至50.8%,火源区单独控烟模式隔热效率从29.4%提升至54.7%。

深海环境下利用噪声抵消器和经验模态分解的拖船干扰抑制方法

针对深海环境下拖船自噪声在靠近端射和非端射方向产生的多途角扩展干扰影响拖曳声纳探测性能的问题,提出一种利用归一化最小均方误差(Normalized Least Mean Square,NLMS)噪声抵消器和经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的拖船干扰抑制方法。通过借鉴逆波束形成(Inverse Beamforming,IBF)的思想,对靠近端射方向的干扰波束进行相位补偿,重构出时域干扰信号,并将其作为自适应噪声抵消器的输入信号,基阵接收信号作为期望信号,利用NLMS方法调整滤波器的权值,进行初步干扰抑制。在此基础上通过EMD对噪声抵消器的输出结果进行分解得到多个本征模态(Intrinsic Mode Function,IMF)和残余分量,再利用匹配滤波方法筛选出用于重构拖船噪声的IMF,并在阵元域抵消完成干扰抑制,其中匹配模版为靠近端射方向频域干扰波束逆傅里叶变换得到的时域干扰信号。仿真数据和海试数据分析结果表明,与其他方法相比,所提方法能够大幅度抑制拖船自噪声产生的多途角扩展干扰,提升拖曳声纳在干扰盲区内对弱目标信号的检测能力。

基于经验模态分解的船舶辐射噪声特征提取研究

船舶辐射噪声中的线谱分量具有较高的强度和稳定度,通过测定并跟踪线谱,可以精确地估计目标的运动参数。为此,研究基于经验模态分解的船舶辐射噪声特征提取方法。首先,构建船舶辐射噪声数学模型,用于获取船舶辐射噪声信号;然后,运用经验模态分解方法提取船舶辐射噪声的7个经验模态分量和1个余项,并计算船舶辐射噪声经验模态分量的样本熵;最后,选择样本熵最大的船舶辐射噪声检验模态分量作为船舶辐射噪声的特征。实验结果表明,该方法可以准确获得船舶运行设备的辐射噪声,且具备较强的舰船辐射噪声分帧能力。该方法还可以有效地将舰船辐射噪声分解成不同经验模态分量,大大降低了船舶辐射噪声余项接近零。

近海摩托艇信号的模态分解

在非线性非平稳信号的分析、处理以及特征提取中,希尔伯特-黄变换(HHT)是一种高效的自适应分析方法,在工程领域中有着广泛应用。本文利用经验模态分解(EMD)和变分模态分解(VMD)方法对近海摩托艇的水声信号进行对比分析,发现水声信号能量主要集中在低频段。与高频段相比,其振幅相对较大。EMD方法在分析这类信号时,会产生模态混叠,因此不能有效分解信号和提取特征;而VMD方法可有效降低模态混叠现象,能够成功提取其信号特征。研究结果表明,VMD方法在船舶水声信号处理分析及特征提取时更为有效,为复杂水声信号的处理提供了一种可行的技术参考。

混合动力船舶双向充电装置高性能控制策略

充电装置作为混合动力船舶最重要的组成之一,保证了系统主交流电网与主电池之间的能量转换。因此,研究其控制策略以及充电效率等问题对今后混合动力船舶的发展具有重要的指导意义。基于此,本文首先针对混合动力船舶充电装置的电路拓扑进行了分析。其次,重点对系统中不同工作模式的控制策略进行了研究,在充电和馈网模式下,提出了一种基于三相PWM整流器的预测直接功率控制的新型整体控制策略,对传统的控制策略进行了改进,简化充电/馈网模式的控制策略并提高了充放电效率和集成度。最后通过Simulink软件的仿真平台以及样机实验平台,仿真和实验分析验证了所提出控制策略的有效性和准确性。

航运企业陆岸新员工培训模式优化探究

航运企业新入职的陆岸员工往往不具备航海和航运的专业背景,开展入职培训对其了解航海、航运文化,熟悉行业、企业特色至关重要。从航运企业的特点及陆岸新员工培训的重要性入手,深入分析当前陆岸新员工培训的现状及存在的问题,探索更专业、更系统的培训模式,力求全面提升企业新员工培训质量。

叠船运输方式下的半潜船耐波性分析

以叠船运输方式下的半潜船为研究对象,采用CATIA软件进行三维建模。基于AQWA软件计算在规则波中不同浪向、不同航速和不同吃水下的响应幅值算子(Response Amplitude Operator,RAO),分析在不规则波中不同海况条件下货物绑扎设计关键点的加速度变化,发现浪向、航速和吃水等因素对RAO的影响规律。研究结果可为叠船运输方式下的半潜船安全运输提供运动预报,为货物绑扎设计提供依据。

“三峡氢舟1”号安全与应急处置能力评估

为提高氢燃料电池动力船的安全性和可靠性,保证船舶在内河的安全可靠航行,本文采用FMEA方法,分析和识别了储供氢系统这一关键装备的潜在风险因素,并提出了降低或消除风险的建议措施。同时,通过评估氢能船本体和外部应急救援单位的应急处置能力,分析现有应急处置措施以应对潜在风险事件,提出了安全保障措施和建议,进一步为氢能船的运行保驾护航。

探索智慧修船新模式

修船业作为全球航运业的重要组成部分,面临着修船周期长、工作效率低、人员培训成本高等诸多挑战。为了应对这些挑战,文章基于大数据管理分析、智能移动设备等创新技术,提出了一种智慧修船新模式,以大数据为支撑进行分析,实现数据的管理和调配应用。同时,文章介绍了无人机近观检验、AR远程检验和修船指挥中心3类智能化场景,深入分析了它们的技术原理和功能特点,并结合实际案例进行验证。研究结果表明,智慧修船新模式具有可行性,能够提升修船业务管理水平、工作效率以及人员整体素质,同时显著降低修船成本,增强企业在市场竞争中的优势。

船舶电工工艺实训多维度教学模式改革与实践

船舶电工工艺实训是船舶电气工程技术专业重要的实训科目。当前船舶电工工艺实训教学存在教学模式不匹配、实训耗材损耗高、考核评价方式单一等问题,通过采用实船任务驱动模式、运用数字化资源等改革措施,能够充分发挥学生主观能动性,提升学生综合实践能力,进一步提高教学质量。

基于AM软件二次开发的船舶内舾装一体化设计模式

针对船舶内舾装传统设计模式存在的问题,提出基于AVEVA Marine(AM)软件二次开发的船舶内舾装一体化设计模式。在完成一体化设计初始配置的基础上进行二次开发,实现船舶内舾装设计数据从初始设计阶段、详细设计阶段、生产设计阶段到3D模型阶段的有效传输、共享和管理。以3D模型为载体,对详细设计和生产设计进行无缝衔接,实现数据管理、高效建模和一键出图集成于一体。在实船应用中,该模式可有效提升船舶内舾装设计的效率和质量。