恶劣海况下船舶航向控制仿真及应用研究

船舶在海面航行时,会受到风浪的干扰。此时,船舶航向控制困难,操舵频繁。采用Kalman滤波和模糊自整定PID控制,并基于线性化船舶运动方程的线性时,不变连续时间系统的设计方法得到的船舶操纵控制器,具有抗干扰能力强、鲁棒性好的特点,有效地解决了船舶在风浪干扰条件下的船舶航向控制时的操舵频繁与无效操舵问题。

一种基于主导风向的风帆偏航控制系统

介绍了基于主导风向的助航风帆偏航控制系统原理。根据风力模型和风帆助航工作原理,分别从风向的正态分布、风力蕴含的总能量和风帆实际利用能量出发,给出了主导风向的计算方法。最后介绍了偏航控制系统的工作流程。

基于遗传算法混合编码的船舶艏摇/横摇模糊网络控制

针对利用遗传算法(GA)优化模糊神经网络(FNN)船舶艏摇/横摇控制器结构和参数时存在的"维数灾难"和"缺失整体性"问题,采用析取式标准形式模糊规则,并设计了一种新的GA编码方案——实数和符号混合编码,同时优化FNN的模糊规则和参数。最后,利用船舶三自由度(艏摇、横摇、横荡)数学模型,将该方法与一般GA-FNN方法进行仿真对比,结果表明,该方法不仅有效解决了上述问题,而且艏摇/横摇控制效果明显优于一般GA-FNN方法。

基于视线制导和PID控制的欠驱动船舶首摇抑制策略研究

大型船舶过弯时,若首摇方向与期望航向相反,由于首摇惯性会使船舶失控。对此,提出一种欠驱动船舶的首摇抑制策略,首先建立船舶水平面三自由度模型,利用视线制导将欠驱动船舶的路径跟踪问题转化为航向控制问题,通过在PID控制中添加首摇抑制项,设计基于视线制导和PID控制的首摇抑制器。仿真结果表明,提出的策略同时适用于直线和曲线航段,能有效减小过弯时船舶的最大垂向误差(49.8%)、平均垂向误差(56.2%)、最大航向角误差(43.6%)和平均航向角误差(42.9%),提高路径跟踪精度,可降低首摇角速度和舵角的变化幅度,具有一定的应用价值。

基于NFTSM的吊舱推进器与减摇鳍联合减摇控制

以同时装备吊舱推进器和减摇鳍船舶为研究对象,进行横摇/航向联合控制的研究。首先建立吊舱推进船舶四自由度(纵荡、横荡、横摇和艏摇)运动非线性数学模型,并进行仿真试验验证模型的准确性。其次针对船舶运动系统具有非线性、强耦合、多变量的特点,设计基于非奇异快速终端滑模(NFTSM)的POD船舶横摇/航向联合控制器;并且针对海浪干扰、模型参数不确定且上界未知的情况,设计自适应律对不确定项进行估计。最后通过构造Lyapunov函数证明系统的稳定性。不同海况下的仿真结果表明,设计的控制器在保证航向控制精度的同时取得了良好的减摇效果,且鲁棒性较强。