Lyapunov函数的舰船航向保持非线性控制器的设计

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作者 许彪 《舰船科学技术》 北大核心 2020年第22期28-30,共3页

随着船舶航线研究的不断深入,对于舰船航向保持系统的要求不断提升。传统舰船航向保持非线性控制器由于输入控制量的设定能力较差,导致舰船航向的控制效果较差,影响船舶运行的稳定性。因而,设计Lyapunov函数的舰船航向保持非线性控制器... 随着船舶航线研究的不断深入,对于舰船航向保持系统的要求不断提升。传统舰船航向保持非线性控制器由于输入控制量的设定能力较差,导致舰船航向的控制效果较差,影响船舶运行的稳定性。因而,设计Lyapunov函数的舰船航向保持非线性控制器提升船舶运行稳定性。根据船舶首摇角与船舶舵角之间动态关系结合RBFARX模型,构建船舶航向保持系统非线性模型。转化船舶航向保持系统模型表现形式,结合Lyapunov函数递推得到控制器控制输入量与输出量。构建仿真实验环节,通过与传统控制器对比可知,此控制器控制响应时间较短,角度误差较小。由此可断定此控制器的控制效果较好,可提升对船舶航行方向的控制能力。 展开更多

关键词 LYAPUNOV函数 舰船航向保持控制系统 虚拟控制器 船舶模型

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无线网络下的舰船航向控制系统

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作者 李玉霞 《舰船科学技术》 北大核心 2021年第12期28-30,共3页

通过对传统舰船航向控制系统数据分析发现,控制数据信号回波补偿存在数据融合异常问题,受到非线性回波影响,现有系统硬件与算法无法处理非线性回波补偿误差问题,造成舰船航向控制稳定性降低。针对非线性特征与无线网络特征,提出无线网... 通过对传统舰船航向控制系统数据分析发现,控制数据信号回波补偿存在数据融合异常问题,受到非线性回波影响,现有系统硬件与算法无法处理非线性回波补偿误差问题,造成舰船航向控制稳定性降低。针对非线性特征与无线网络特征,提出无线网络下的舰船航向控制系统设计。首先利用数据融合技术,创建多数据独算处理平台;然后对硬件平台进行软件功能的算法适配,第一步对回波补偿信号进行参量特征的运动系数分析;然后根据分析结果,对误差数据点对应参量的阈值进行闭环增益优化计算,从而实现消除回波补偿误差的效果;最后在特定的仿真场景下,通过数据仿真调试,对设计系统控制数据进行对比分析,得出回波补偿误差消除报告。 展开更多

关键词 无线网络 舰船 航向 控制系统

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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

3

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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考虑通信时延的船舶航向保持鲁棒自适应控制 被引量：5

4

作者 徐国平 张显库 张国庆 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期59-65,共7页

为了进一步研究船舶航向保持远程控制,本文提出一种鲁棒自适应神经网络控制方案以解决网络诱导时延对系统稳定性和性能的不良影响。与传统Backstepping方法不同,该方案将系统不同阶子系统中的不确定部分纵向传递至第n个子系统,并利用径... 为了进一步研究船舶航向保持远程控制,本文提出一种鲁棒自适应神经网络控制方案以解决网络诱导时延对系统稳定性和性能的不良影响。与传统Backstepping方法不同,该方案将系统不同阶子系统中的不确定部分纵向传递至第n个子系统,并利用径向基函数神经网络进行在线逼近,达到对系统中模型不确定部分的有效补偿,从而解决远程控制系统中不确定时延问题。通过实际测试分析海事卫星通信网络时延特性,以"育鲲"轮为例开展仿真试验,结果验证了本文算法的有效性,且对模型摄动和外界环境干扰具有较好的鲁棒性能。该算法具有计算量小、鲁棒性强、易于工程应用的优点。 展开更多

关键词 船舶 航向保持 BACKSTEPPING 鲁棒自适应控制 网络控制系统 卫星通信时延

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模糊滑模控制在船舶航向非线性系统中的应用 被引量：4

5

作者 袁雷 吴汉松 宋立忠 《中国航海》 CSCD 北大核心 2010年第1期61-64,79,共5页

针对一类不确定的非线性系统,把模糊自适应和滑模控制相结合,设计了一种积分滑模控制器。该方法采用模糊逻辑逼近非线性函数,并且为了消除常规滑模控制器被跟踪信号及其导数已知的限制,在滑模控制中引入了积分项;基于Lyapunov方法导出... 针对一类不确定的非线性系统,把模糊自适应和滑模控制相结合,设计了一种积分滑模控制器。该方法采用模糊逻辑逼近非线性函数,并且为了消除常规滑模控制器被跟踪信号及其导数已知的限制,在滑模控制中引入了积分项;基于Lyapunov方法导出在线调节的切换增益自适应律,有效的克服了系统固有的抖振问题。理论分析证明了闭环系统的稳定性和跟踪误差收敛于零的某邻域内。用该控制器对船舶航向进行跟踪控制的仿真研究结果表明:该控制器具有较强的鲁棒性和较好的跟踪性能。 展开更多

关键词 船舶、舰船工程 非线性系统 积分滑模控制 船舶运动航向控制

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基于网络的船舶航向保持控制仿真平台设计 被引量：4

6

作者 徐国平 张显库 《中国航海》 CSCD 北大核心 2015年第1期1-3,8,共4页

为使设计的控制器能通过网络控制船舶,根据VB具有的面向对象和用户图形界面设计简单的特点,设计一套基于网络的船舶航向保持控制仿真平台。在该平台上,以"育鲲"轮为被控对象,以PID控制算法为控制器,以Internet为数据通信载体... 为使设计的控制器能通过网络控制船舶,根据VB具有的面向对象和用户图形界面设计简单的特点,设计一套基于网络的船舶航向保持控制仿真平台。在该平台上,以"育鲲"轮为被控对象,以PID控制算法为控制器,以Internet为数据通信载体,进行系统测试。结果表明:该仿真平台操作简单,设计合理,航向保持控制性能良好。 展开更多

关键词 船舶工程 网络控制系统 船舶航向保持 仿真平台

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面对数据丢包的船舶航向保持网络预测控制器 被引量：2

7

作者 张艳 徐成 江锋 《上海海事大学学报》 北大核心 2014年第4期7-10,36,共5页

针对网络控制系统中存在的数据丢包问题,使用一种带有常值补偿机制的广义预测控制(Generalized Predictive Control,GPC)算法设计船舶航向保持的网络预测控制器.首先,利用TrueTime工具箱仿真使用传统GPC算法设计的船舶航向保持的网络预... 针对网络控制系统中存在的数据丢包问题,使用一种带有常值补偿机制的广义预测控制(Generalized Predictive Control,GPC)算法设计船舶航向保持的网络预测控制器.首先,利用TrueTime工具箱仿真使用传统GPC算法设计的船舶航向保持的网络预测控制器.然后,考虑数据丢包对船舶航向保持的网络控制系统造成的影响,使用带有常值补偿机制的GPC算法设计一种新的船舶航向保持的网络预测控制器并进行仿真.仿真结果表明,在数据丢包情况下,采用新方法设计的控制器可以减少船舶航向调节时间,从而改善船舶航向保持的网络预测控制器的控制效果. 展开更多

关键词 船舶航向保持 网络控制系统 数据丢包 补偿机制 广义预测控制(GPC)

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船舶航向GA-PID自适应控制研究 被引量：13

8

作者 刘胜 方亮 +1 位作者 葛亚明 傅荟璇 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第16期3783-3786,共4页

设计了船舶航向保持GA-PID自适应控制系统,通过系统辨识得到船舶航向运动的数学模型,在该模型的基础上采用遗传算法优化PID参数,将优化所得参数赋予实际的航向保持系统。在系统运行过程中,不断检测航向角偏差的标准差值,若该值超出设定... 设计了船舶航向保持GA-PID自适应控制系统,通过系统辨识得到船舶航向运动的数学模型,在该模型的基础上采用遗传算法优化PID参数,将优化所得参数赋予实际的航向保持系统。在系统运行过程中,不断检测航向角偏差的标准差值,若该值超出设定范围,则重新辨识模型,优化参数。对系统进行仿真,仿真结果表明,与单纯形法优化的PID控制系统相比,该系统对海情的变化具有良好的自适应能力。该系统简单可行,具有工程应用价值。 展开更多

关键词 航向保持 系统辨识 自适应控制 遗传算法(GA)

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基于LPV模型的水面机器人鲁棒航向控制 被引量：2

9

作者 熊俊峰 何玉庆 +1 位作者 韩建达 苑明哲 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1598-1605,共8页

针对水面机器人水动力学的强非线性,且容易受到风、浪与水流干扰的影响,提出了一种基于LPV(Linear Parameter Varying)模型的H_∞鲁棒航向保持控制器。LPV模型采用Froude数作为线性变参,用来反映水面机器人水动力学随Froude数变化的非... 针对水面机器人水动力学的强非线性,且容易受到风、浪与水流干扰的影响,提出了一种基于LPV(Linear Parameter Varying)模型的H_∞鲁棒航向保持控制器。LPV模型采用Froude数作为线性变参,用来反映水面机器人水动力学随Froude数变化的非线性特性,同时简化模型参数辨识与控制器设计。将Froude数作为调度变量,采用介实引理设计了H_∞鲁棒航向保持控制器,用来抑制扰动对控制器的影响。在三自由度欠驱动水面机器人仿真平台上进行了验证,证明了控制器的有效性与鲁棒性。 展开更多

关键词 水面机器人 水动力学建模 线性变参系统 扰动抑制 航向保持控制

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用航向偏差的正弦函数驱动的自动舵控制算法 被引量：13

10

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

常规的闭环控制是以设定值与输出的误差为反馈信号,提出以设定值与输出之差的正弦函数为反馈信号驱动控制器,在不改变控制律的基础上,以较小的控制器输出取得相同的控制效果。以"育龙"轮为例,给出了用航向偏差的正弦函数驱动... 常规的闭环控制是以设定值与输出的误差为反馈信号,提出以设定值与输出之差的正弦函数为反馈信号驱动控制器,在不改变控制律的基础上,以较小的控制器输出取得相同的控制效果。以"育龙"轮为例,给出了用航向偏差的正弦函数驱动的自动舵控制算法的仿真结果,最大初始舵角下降了40%,而控制效果几乎与原控制效果相同,本算法具有节能、安全的优点。 展开更多

关键词 船舶、舰船工程 闭环增益成形 航向保持 非线性反馈 正弦函数 控制算法 仿真

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基于PLC的船舶导航系统高精度控制研究 被引量：1

11

作者 苗百春 于吉鲲 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第17期136-139,共4页

为保证舰船安全航行,精准控制航行的航向和航迹,提出基于PLC的舰船导航系统高精度控制方法。该方法以嵌入式PLC系统结构为主,在PLC控制器中设置基于粒子群优化的PID控制方法,控制导航系统相关参数,降低舰船横向偏差和航向偏差。在此基础... 为保证舰船安全航行,精准控制航行的航向和航迹,提出基于PLC的舰船导航系统高精度控制方法。该方法以嵌入式PLC系统结构为主,在PLC控制器中设置基于粒子群优化的PID控制方法,控制导航系统相关参数,降低舰船横向偏差和航向偏差。在此基础上,采用免疫算法优化基于粒子群优化的PID控制方法的相关参数,获取全局最优解,降低导航系统的控制的随机性,避免超调量,实现舰船导航系统高精度控制。测试结果表明:该方法控制性能良好,绝对误差积分指标均在0.25以下;控制后舰船的横向最大误差为1.55 cm,航向最大误差为-2.2°,最大超调量为0.05%,可保证精准航迹控制和舰船航行的安全。 展开更多

关键词 PLC 舰船导航系统 高精度控制 横向偏差 航向偏差 超调量

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大型油轮艏摇混沌现象的仿真与滑模控制 被引量：4

12

作者 张显库 韩旭 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期40-47,共8页

为了合理解释并控制大型油轮操纵过程中出现的船首异常摆动现象,采用驾驶员模型替代原有的比例模型,结合非线性响应型数学模型,建立了驾驶员操纵大型油轮的闭环系统数学方程,发现其与Duffing方程形似,且在一定的参数配置下系统的Lyapuno... 为了合理解释并控制大型油轮操纵过程中出现的船首异常摆动现象,采用驾驶员模型替代原有的比例模型,结合非线性响应型数学模型,建立了驾驶员操纵大型油轮的闭环系统数学方程,发现其与Duffing方程形似,且在一定的参数配置下系统的Lyapunov指数为正,说明可以用混沌理论解释船首异常摆动的现象.为实现航向保持的稳定控制并增强对参数不确定的鲁棒性,基于反步法提出了与模型对应的滑模控制率.仿真结果表明,当混沌艏摇处于理论最大值时,受控系统的稳态舵角仍小于5°,航向偏差小于0.07°,所设计的控制器很好地消除了混沌现象.建立人在回路中的混沌系统的思路较为新颖,借助滑模解决反步法参数不确定的方法简单而有效. 展开更多

关键词 混沌 驾驶员模型 混沌系统建模 反步法 滑模控制 航向保持控制

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