基于运动姿态数据挖掘的泊船遭遇角控制方法

1

作者 李宗锋 郑永果 齐林 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第13期162-166,共5页

在环境风、浪的作用下,船舶在泊船过程中的运动姿态会发生显著变化,导致遭遇角出现偏差,从而无法按预期调整航向,进而降低泊船过程的安全性。因此,提出基于运动姿态数据挖掘的泊船遭遇角控制方法。利用FP-growth算法挖掘出运动姿态与遭... 在环境风、浪的作用下,船舶在泊船过程中的运动姿态会发生显著变化,导致遭遇角出现偏差,从而无法按预期调整航向,进而降低泊船过程的安全性。因此,提出基于运动姿态数据挖掘的泊船遭遇角控制方法。利用FP-growth算法挖掘出运动姿态与遭遇角控制间的关联关系。通过RBF神经网络构建泊船系统函数,由此使用Nomoto传递函数描述船舶航向响应特性,并将其输入至三阶闭环增益成形算法中,通过增益成形实时调整船舶运动状态,抑制外部环境干扰造成的遭遇角偏差,实现泊船遭遇角的精准控制。结果表明,所提方法各个时刻遭遇角控制结果与实际期望控制值高度吻合,可以稳定船舶的运动姿态,保证泊船过程的安全性。 展开更多

关键词 运动姿态数据挖掘 泊船遭遇角 FP-GROWTH算法 RBF神经网络 闭环增益成形算法

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恶劣海况下闭环增益成形算法在渔船航迹保持控制的应用

2

作者 隋江华 郭特尔 宋纯羽 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期272-277,共6页

[目的]为解决渔船在恶劣海况下的航迹保持问题,提出一种分离式航迹保持控制器。[方法]采用非线性反馈法对闭环增益成形算法进行改进,并引入反正切函数以有效解决系统控制能量过大的问题。同时,通过积分分离式设计,以解决常规PID控制器... [目的]为解决渔船在恶劣海况下的航迹保持问题,提出一种分离式航迹保持控制器。[方法]采用非线性反馈法对闭环增益成形算法进行改进,并引入反正切函数以有效解决系统控制能量过大的问题。同时,通过积分分离式设计,以解决常规PID控制器中积分项对系统暂态性能的影响。[结果]SDB8102型32.98m玻璃钢拖网渔船在蒲氏7级风下的仿真实验结果表明,该航迹保持算法的稳态误差小于3m,验证了其实用性与稳定性。[结论]该研究成果可为渔船航迹保持控制以及渔船装备的智能化水平提升提供参考。 展开更多

关键词 渔船 运动控制 航迹保持 反馈控制 非线性反馈 闭环增益成形算法 恶劣海况

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基于非线性修饰和零阶保持器的船舶航向保持控制 被引量：2

3

作者 张显库 洪皓辰 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第1期84-89,共6页

[目的]为了解决船舶在海上航行时控制器舵角输出大、打舵频率高、控制速度较慢以及控制精度较低的问题,利用三阶闭环增益成形算法设计鲁棒控制器。[方法]首先,利用三阶闭环增益成形算法设计出线性鲁棒控制器,然后,在控制策略中加入双曲... [目的]为了解决船舶在海上航行时控制器舵角输出大、打舵频率高、控制速度较慢以及控制精度较低的问题,利用三阶闭环增益成形算法设计鲁棒控制器。[方法]首先,利用三阶闭环增益成形算法设计出线性鲁棒控制器,然后,在控制策略中加入双曲正切非线性修饰以及零阶保持器,在不同海况下对该控制器的性能进行仿真实验。[结果]仿真结果表明,相比于基于非线性修饰的传统PID控制器,在一般海况下,所提控制器在延迟时间、控制精度以及能量输出上分别改进了36%,14%和32%;在恶劣海况下,分别改进了27%,7%和16%。此外,不同海况下该控制器的仿真结果都具有稳定的舵角输出,并可以较快地稳定在临界值附近,证明了其具有较好的鲁棒性。[结论]改进的控制器符合工程实践,对于智能船舶的控制具有较好的应用参考价值。 展开更多

关键词 闭环增益成形算法 零阶保持器 非线性修饰 航向保持控制 航海

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一种基于双重非线性正反馈的节能降碳航向保持控制方法 被引量：1

4

作者 范佳明 张显库 马道成 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第5期79-86,共8页

[目的]为了解决船舶航向保持过程中舵角幅值过大以及舵角变换率过高而导致能耗过大的问题,提出一种基于双重非线性正反馈的节能降碳航向保持控制方法。[方法]采用闭环增益成形算法(CGSA)设计控制器,引入双重非线性反馈算法,通过双极性S... [目的]为了解决船舶航向保持过程中舵角幅值过大以及舵角变换率过高而导致能耗过大的问题,提出一种基于双重非线性正反馈的节能降碳航向保持控制方法。[方法]采用闭环增益成形算法(CGSA)设计控制器,引入双重非线性反馈算法,通过双极性S函数与反正切函数的结合降低舵角幅值与操舵频率,最后使用正反馈的方法实现整个控制系统的控制。[结果]仿真结果表明,在6级海况和8级海况下,采用所提出的双重非线性反馈控制方法,反映舵机能耗的综合节能评价指标分别改进了31.53%和18.63%。[结论]验证了双重非线性反馈在降低舵机能耗、减少船舶航行过程中碳排放方面具有较好效果,以及正反馈和负反馈的等价控制效果。所提方法为船舶航向保持控制的研究提供了较好的应用参考价值。 展开更多

关键词 船舶工程 航向保持控制 节能降碳 双重非线性反馈 正反馈 闭环增益成形算法

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船舶航向保持的鲁棒神经网络控制 被引量：20

5

作者 张显库 吕晓菲 +1 位作者 郭晨 杨盐生 《船舶力学》 EI 北大核心 2006年第5期54-58,共5页

设计一个N5-5-5-5-5-5-1前向神经网络,经训练得到一个开环的船舶航向保持控制器,使其能够较好地保持典型输入信号作用下的船舶航向;然后应用闭环增益成形算法,形成闭环控制系统。这种基于神经网络的航向保持方案,将神经网络的适应能力... 设计一个N5-5-5-5-5-5-1前向神经网络,经训练得到一个开环的船舶航向保持控制器,使其能够较好地保持典型输入信号作用下的船舶航向;然后应用闭环增益成形算法,形成闭环控制系统。这种基于神经网络的航向保持方案,将神经网络的适应能力、非线性函数映射能力和闭环增益成形算法的鲁棒性结合起来,改善了系统的鲁棒性能。这种方法设计过程简单,物理意义明显。 展开更多

关键词 神经网络 闭环增益成形 鲁棒控制器 航向保持

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基于闭环增益成形算法的船舶航迹保持控制 被引量：8

6

作者 徐海军 李伟 +1 位作者 张国庆 刘勇 《中国航海》 CSCD 北大核心 2016年第4期47-51,共5页

为进一步提高船舶自动化水平,完善船舶综合型航迹保持控制器设计方法,以船舶线性化小扰动运动方程为基础,通过构建计划航线坐标系、惯性坐标系和附体坐标系,建立适用于船舶综合型航迹保持控制器设计的传递函数型设计模型。根据闭环增益... 为进一步提高船舶自动化水平,完善船舶综合型航迹保持控制器设计方法,以船舶线性化小扰动运动方程为基础,通过构建计划航线坐标系、惯性坐标系和附体坐标系,建立适用于船舶综合型航迹保持控制器设计的传递函数型设计模型。根据闭环增益成形算法在非方阵系统中的应用,提出一种简捷鲁棒综合航迹控制器,进一步利用非线性反馈技术提高该算法在航迹保持控制中的控制性能。基于"育鲲"轮进行仿真研究,结果验证了该方法的简捷有效性。 展开更多

关键词 船舶 航迹保持 闭环增益成形 控制器

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用镜像映射方法求非稳定过程的鲁棒控制器 被引量：17

7

作者 张显库 贾欣乐 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 2000年第4期10-12,41,共4页

非稳定过程在开右半平面的零极点关于虚轴的对称值称为该零极点的镜像映射。通过镜像映射将非稳定过程转换成最小相位系统 ,然后用闭环增益成形算法求解鲁棒控制器。由于非稳定过程在镜像映射前后的奇异值曲线相同 ,而闭环增益成形方法... 非稳定过程在开右半平面的零极点关于虚轴的对称值称为该零极点的镜像映射。通过镜像映射将非稳定过程转换成最小相位系统 ,然后用闭环增益成形算法求解鲁棒控制器。由于非稳定过程在镜像映射前后的奇异值曲线相同 ,而闭环增益成形方法直接根据鲁棒性能指标的奇异值曲线形状用闭环系统具有工程意义的参数构造出鲁棒控制器 ,故该控制器对非稳定过程同样具有鲁棒性。该方法求解过程异常简单 ,工程意义明确。 展开更多

关键词 鲁棒控制器 镜像映射 非稳定过程

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一种简化的H_∞控制混合灵敏度算法 被引量：14

8

作者 张显库 贾欣乐 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第2期307-309,313,共4页

受到回路成形思想的启发 ,通过对H∞ 控制的S T混合灵敏度奇异值曲线的观察及基于S和T具有相关性的考虑给出一种简化的H∞ 控制混合灵敏度算法 .该算法避免了权函数的选择而对系统进行闭环增益成形 ,其核心是确定闭环系统传递函数即T的... 受到回路成形思想的启发 ,通过对H∞ 控制的S T混合灵敏度奇异值曲线的观察及基于S和T具有相关性的考虑给出一种简化的H∞ 控制混合灵敏度算法 .该算法避免了权函数的选择而对系统进行闭环增益成形 ,其核心是确定闭环系统传递函数即T的最终希望的形状 ,不加任何权函数 ,直接设计出K .由于T和S的相关性 ,T的形状确定 ,S 的形状也就确定了 。 展开更多

关键词 H∞控制 混合灵敏度算法 传递函数 鲁棒控制器

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闭环增益成形控制新算法及其应用 被引量：25

9

作者 张显库 贾欣乐 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第11期133-135,共3页

受到回路成形思想的启发,通过对H∞控制的S/T混合灵敏度奇异值曲线的观察及S和T的相关性给出一种新的基于闭环增益成形的控制算法.该算法避免了权函数的选择而对系统进行闭环增益成形,其核心是确定闭环系统传递函数即T的最后希望的形状... 受到回路成形思想的启发,通过对H∞控制的S/T混合灵敏度奇异值曲线的观察及S和T的相关性给出一种新的基于闭环增益成形的控制算法.该算法避免了权函数的选择而对系统进行闭环增益成形,其核心是确定闭环系统传递函数即T的最后希望的形状,用闭环系统具有工程意义的参数直接构造出鲁棒控制器,从根本上保证了设计出的控制器具有良好的鲁棒性和鲁棒稳定性.基于该算法给出了一种新的船舶鲁棒控制算法.该算法的优点是设计过程简单。 展开更多

关键词 闭环增益成形 船舶自动舵 鲁棒控制

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大惯性船舶航向保持的改进简捷鲁棒控制 被引量：15

10

作者 张显库 关巍 《中国航海》 CSCD 北大核心 2010年第3期1-5,共5页

为了改善具有大惯性的船舶航向保持效果,在简捷鲁棒控制的比例部分加上一个正数,通过对系统的稳态和动态性能的理论分析,该方法在不改变系统的稳态性能的基础上改善了系统的动态性能。针对"育龙"轮进行了系统仿真,系统的调节... 为了改善具有大惯性的船舶航向保持效果,在简捷鲁棒控制的比例部分加上一个正数,通过对系统的稳态和动态性能的理论分析,该方法在不改变系统的稳态性能的基础上改善了系统的动态性能。针对"育龙"轮进行了系统仿真,系统的调节时间由原来的700 s下降为100 s,结果验证了本方法的有效性。 展开更多

关键词 船舶、舰船工程 闭环增益成形 航向保持 鲁棒控制

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船舶转向的鲁棒控制及其优化设计 被引量：11

11

作者 张显库 赵翔宇 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期319-322,共4页

针对已有的转向控制的控制器和前馈控制器环节进行了改进.将原有的LQ控制器用基于闭环增益成形算法的鲁棒PID控制器取代;将原有的前馈环节转向分区从3个增加到7个,从而提高系统的精度和控制质量,该前馈控制器利用了Simulink中Switch(选... 针对已有的转向控制的控制器和前馈控制器环节进行了改进.将原有的LQ控制器用基于闭环增益成形算法的鲁棒PID控制器取代;将原有的前馈环节转向分区从3个增加到7个,从而提高系统的精度和控制质量,该前馈控制器利用了Simulink中Switch(选择开关)模块进行自动判断,7个分区逐层嵌套,逻辑清楚.系统仿真时加入了海况干扰模块,以验证系统的鲁棒性.仿真结果表明,新的转向控制器较原有控制器在控制精度和鲁棒性方面均有所改善,较原系统有一定的简化. 展开更多

关键词 交通控制 船舶转向 闭环增益成形 鲁棒控制器

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闭环增益成形算法在舵阻摇系统中的应用 被引量：11

12

作者 张显库 张丽坤 杨承恩 《中国航海》 CSCD 北大核心 2004年第2期20-24,共5页

给出了单输入多输出(SIMO)系统即被控对象为非方阵情况下的闭环增益成形控制算法。考虑到舵阻摇系统的闭环传递函数阵一定是奇异的,以及具有1个输入控制2个输出的特点,在保证其中1个输出尽量小而另1个输出跟踪输入的前提下,将闭环传递... 给出了单输入多输出(SIMO)系统即被控对象为非方阵情况下的闭环增益成形控制算法。考虑到舵阻摇系统的闭环传递函数阵一定是奇异的,以及具有1个输入控制2个输出的特点,在保证其中1个输出尽量小而另1个输出跟踪输入的前提下,将闭环传递函数阵即补灵敏度函数阵设为具有一阶惯性的奇异阵,设计出鲁棒控制器。研究并建立舵阻摇系统的非线性模型,并在Matlab中通过编写S函数来实现。用设计好的控制器对非线性模型进行仿真,运用Simulink工具箱得到仿真曲线,从仿真曲线可看出此控制器具有良好的鲁棒性能。通过分析并比较阻摇前和阻摇后的各组仿真曲线,算出减摇率在50%左右,减摇效果较好。 展开更多

关键词 船舶 舰船工程 闭环增益成形算法 SIMO系统 奇异 舵阻摇系统 鲁棒控制器 非线性模型 仿真

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闭环增益成形算法用于船舶非线性模型控制 被引量：4

13

作者 张显库 郭晨 贾欣乐 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2004年第1期77-78,共2页

闭环增益成形算法根据闭环频谱及灵敏度函数所希望的形状,用最大奇异值、带宽频率、频谱峰值和高频渐近线斜率4个具有工程意义的参数构造出鲁棒控制器。采用响应型船舶运动非线性数学模型,设计基于闭环增益成形算法的鲁棒控制器,然后在M... 闭环增益成形算法根据闭环频谱及灵敏度函数所希望的形状,用最大奇异值、带宽频率、频谱峰值和高频渐近线斜率4个具有工程意义的参数构造出鲁棒控制器。采用响应型船舶运动非线性数学模型,设计基于闭环增益成形算法的鲁棒控制器,然后在Matlab的Simulink下进行系统仿真。仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的鲁棒性能,施舵合理。 展开更多

关键词 闭环增益成形 船舶非线性模型 鲁棒控制

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航空发动机闭环增益成形PID控制器设计研究 被引量：3

14

作者 刘毅男 李述清 +1 位作者 张胜修 周帅伟 《电光与控制》 北大核心 2011年第11期74-76,共3页

PID参数整定是PID控制器设计的关键。针对航空发动机PID控制器参数整定问题,研究了一种基于闭环增益成形PID设计方法在其中的应用。首先,根据期望控制系统的截止频率设计具有一阶惯性环节形式的期望闭环传递函数形状。然后,将某发动机... PID参数整定是PID控制器设计的关键。针对航空发动机PID控制器参数整定问题,研究了一种基于闭环增益成形PID设计方法在其中的应用。首先,根据期望控制系统的截止频率设计具有一阶惯性环节形式的期望闭环传递函数形状。然后,将某发动机对象传递函数近似表示为二阶深严格真形式;继而,可根据闭环增益成形设计方法,即假设期望闭环传递函数与实际闭环传递函数相等,可整定PID控制器参数。仿真分析检验了控制器良好的鲁棒性和动态品质,检验了该方法的有效性。 展开更多

关键词 航空发动机 PID控制器 闭环增益成形 鲁棒控制

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船舶港内掉头操纵的简捷鲁棒控制 被引量：7

15

作者 张显库 张国庆 《中国航海》 CSCD 北大核心 2014年第2期31-34,共4页

为实现船舶在港内的自动掉头,进一步完善包含风浪干扰的低速、浅水、非线性船舶运动数学模型,基于闭环增益成形算法设计简捷鲁棒控制器。用S函数建立船舶运动数学模型,并在MATLAB/Simulink仿真环境中进行系统仿真实验。在考虑港内掉头... 为实现船舶在港内的自动掉头,进一步完善包含风浪干扰的低速、浅水、非线性船舶运动数学模型,基于闭环增益成形算法设计简捷鲁棒控制器。用S函数建立船舶运动数学模型,并在MATLAB/Simulink仿真环境中进行系统仿真实验。在考虑港内掉头区域限制后,给出船舶在浅水、低速条件自动掉头的仿真结果。仿真结果表明,在5级风以内,所给船舶能在3倍船长(500m左右)的区域内以低速实现港内的自动掉头操纵,对相关船舶的自动掉头控制具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 水路运输 船舶 掉头 鲁棒控制 闭环增益成形

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航海模拟器中适应式鲁棒航迹保持算法 被引量：2

16

作者 张显库 尹勇 +2 位作者 金一丞 张秀凤 孙霄峰 《中国航海》 CSCD 北大核心 2011年第4期57-61,共5页

为了更方便地使用航海模拟器进行培训,减少大船、小船自动操纵中的算法切换或参数调整。采用将船舶操纵性指数计算代入控制器设计中的方法,基于闭环增益成形算法,给出一种通用的适应式鲁棒航迹保持算法。通过对11条船的测试,控制效果令... 为了更方便地使用航海模拟器进行培训,减少大船、小船自动操纵中的算法切换或参数调整。采用将船舶操纵性指数计算代入控制器设计中的方法,基于闭环增益成形算法,给出一种通用的适应式鲁棒航迹保持算法。通过对11条船的测试,控制效果令人满意。该算法实施过程简单、物理意义明显且具有一定的鲁棒性。 展开更多

关键词 船舶、舰船工程 航海模拟器 适应式 鲁棒 闭环增益成形 航迹保持

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基于积分逆推法的船舶航向非线性鲁棒控制 被引量：4

17

作者 关巍 张显库 王新屏 《中国航海》 CSCD 北大核心 2009年第3期66-70,共5页

为克服船舶航向控制系统中传统逆推设计方法因不确定恒值干扰易产生静差及控制器参数调整过于复杂等问题,提出了一种把闭环增益成形算法与带积分项的逆推方法相结合的船舶航向控制器设计方案,由此将逆推方法设计出的控制器需要整定的参... 为克服船舶航向控制系统中传统逆推设计方法因不确定恒值干扰易产生静差及控制器参数调整过于复杂等问题,提出了一种把闭环增益成形算法与带积分项的逆推方法相结合的船舶航向控制器设计方案,由此将逆推方法设计出的控制器需要整定的参数由原来的4个降为1个,且这个参数具有明显的物理意义。通过Matlab仿真软件进行仿真试验,结果表明设计出的控制器能够消除海风产生的静差,对船舶航向具有良好的控制效果,且对一定范围内的模型摄动具有较强的鲁棒性。该控制器设计方案结构简单,物理意义明确。 展开更多

关键词 船舶、舰船工程 船舶航向系统 积分逆推方法 非线性 鲁棒性 闭环增益成形

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具有航向保持非线性的舵鳍非线性鲁棒控制 被引量：7

18

作者 王新屏 张显库 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2008年第8期1549-1552,共4页

针对给定的线性舵鳍联合系统,考虑船舶航向保持的非线性,建立了一个舵鳍联合系统的非线性数学模型,然后采用精确反馈线性化对该非线性模型进行线性化,最后基于闭环增益成形算法设计出非线性鲁棒控制器。通过Matlab的Simulink工具箱分别... 针对给定的线性舵鳍联合系统,考虑船舶航向保持的非线性,建立了一个舵鳍联合系统的非线性数学模型,然后采用精确反馈线性化对该非线性模型进行线性化,最后基于闭环增益成形算法设计出非线性鲁棒控制器。通过Matlab的Simulink工具箱分别对6级风浪和8级风浪作用下考虑舵机、鳍机特性的非线性舵鳍联合控制系统进行仿真,仿真结果表明所设计的控制器在保持航向控制的同时,能达到较好的减摇效果,并且该控制器具有较强的鲁棒性。本研究具有设计简单、物理意义明显的优点。 展开更多

关键词 交通控制 舵鳍联合 精确反馈线性化 闭环增益成形 非线性 鲁棒

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基于反馈线性化与闭环增益成形的减摇鳍控制 被引量：7

19

作者 王新屏 张显库 《中国航海》 CSCD 北大核心 2007年第4期5-8,共4页

根据减摇鳍系统的非线性数学模型,设计了一种具有鲁棒性的非线性控制器。通过采用精确反馈线性化方法将减摇鳍系统的非线性模型线性化,然后用闭环增益成形算法设计出非线性鲁棒控制器。用Matlab的Simulink工具箱分别对相同海况下未进行... 根据减摇鳍系统的非线性数学模型,设计了一种具有鲁棒性的非线性控制器。通过采用精确反馈线性化方法将减摇鳍系统的非线性模型线性化,然后用闭环增益成形算法设计出非线性鲁棒控制器。用Matlab的Simulink工具箱分别对相同海况下未进行减摇控制、已设定航速及航速减半状态时采用减摇鳍控制的非线性数学模型进行仿真。仿真结果表明,该控制策略对于减摇鳍非线性控制系统是十分有效的,特别是鲁棒性能令人满意。算法的设计过程简单,物理意义明显。 展开更多

关键词 船舶 舰船工程 减摇鳍 非线性鲁棒控制 精确反馈线性化 闭环增益成形

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基于鲁棒模糊控制的船舶转向及航向保持 被引量：12

20

作者 王立军 张显库 《中国航海》 CSCD 北大核心 2011年第2期1-4,29,共5页

为更好的满足船舶转向和航向保持对自动舵系统的不同要求,首先基于一阶闭环增益成形算法对船舶转向过程分三段进行控制器设计,在自适应模糊推理系统(ANFIS)离线模型辨识正确的前提下得到每个控制器的模糊隶属度函数,然后对三个控制器的... 为更好的满足船舶转向和航向保持对自动舵系统的不同要求,首先基于一阶闭环增益成形算法对船舶转向过程分三段进行控制器设计,在自适应模糊推理系统(ANFIS)离线模型辨识正确的前提下得到每个控制器的模糊隶属度函数,然后对三个控制器的输出进行T-S模糊综合。以实习船"育龙"轮的非线性响应模型为控制对象,考虑不同的干扰和模型摄动情况后进行了仿真试验。仿真结果显示该控制器具有超调小、响应快的动静态特性,并在干扰和模型摄动下表现出较好的鲁棒稳定性和鲁棒性。 展开更多

关键词 船舶、舰船工程 闭环增益成形算法 T-S模糊模型 船舶转向 航向保持

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