基于MATLAB的船舶运动控制实时仿真研究 被引量：14

1

作者 李文魁 陈永冰 +2 位作者 田蔚风 周永余 周岗 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第19期4424-4427,4433,共5页

针对开发船舶运动控制仿真平台的需要,引入了风、流、浪作用下的船舶三自由度非线性运动模型。通过电路设计和MATLAB软件编程开发了船舶运动控制实时仿真平台,输出实际舵角、航向和船位信号,并实现各种海况下的船舶运动模拟。将该仿真... 针对开发船舶运动控制仿真平台的需要,引入了风、流、浪作用下的船舶三自由度非线性运动模型。通过电路设计和MATLAB软件编程开发了船舶运动控制实时仿真平台,输出实际舵角、航向和船位信号,并实现各种海况下的船舶运动模拟。将该仿真平台与航迹自动操舵仪对接,进行了静水、流和海浪条件下的旋回、螺旋、Z形等多项操纵仿真试验,对非线性以及环境干扰对船舶运动的影响进行了分析。试验表明,该平台设计合理,性能可靠,已成功应用于某新型航迹自动舵的开发项目中。 展开更多

关键词 船舶运动控制 非线性数学建模 MATLAB 实时仿真

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基于嵌入积分滑模策略的船舶运动控制 被引量：9

2

作者 彭秀艳 胡忠辉 贾书丽 《控制工程》 CSCD 北大核心 2014年第1期49-52,共4页

针对船舶模型的不确定和海浪干扰问题,为实现船舶航向控制,提出了一种嵌入积分滑模控制方法,此方法结合了积分滑模和嵌入滑模的控制思想。积分滑模是用来减小滑模函数的增益,嵌入滑模用来补偿系统匹配和不匹配的扰动。并利用基于极点配... 针对船舶模型的不确定和海浪干扰问题,为实现船舶航向控制,提出了一种嵌入积分滑模控制方法,此方法结合了积分滑模和嵌入滑模的控制思想。积分滑模是用来减小滑模函数的增益,嵌入滑模用来补偿系统匹配和不匹配的扰动。并利用基于极点配置的状态估计方法实现了对高频海浪扰动的滤波。最后进行仿真试验,结果表明设计的控制器具有船舶操纵的良好动态特性,具有超调小鲁棒性强的优点,更适合船舶航向控制的工程要求。 展开更多

关键词 船舶运动控制 状态估计 积分滑模 嵌入滑模

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船舶运动控制硬件在环仿真系统的研究 被引量：5

3

作者 沈智鹏 杨杨 +1 位作者 郭晨 范殿忠 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第12期2838-2841,共4页

目前众多学者致力于将当前先进的控制理论应用到船舶运动控制领域,但在实际船舶上验证这些先进的控制算法面临很多困难,为此,设计并实现一套船舶运动控制硬件在环仿真系统。该系统包括船舶运动DSP控制器,船舶运动仿真系统,控制与监测系... 目前众多学者致力于将当前先进的控制理论应用到船舶运动控制领域,但在实际船舶上验证这些先进的控制算法面临很多困难,为此,设计并实现一套船舶运动控制硬件在环仿真系统。该系统包括船舶运动DSP控制器,船舶运动仿真系统,控制与监测系统三部分,对相关硬件电路和软件设计进行了研究。系统测试结果表明该系统性能良好,为在实验室环境下进行船舶运动控制算法研究和船舶运动控制器开发提供了一个有效的测试平台。 展开更多

关键词 船舶运动控制 硬件在环仿真 远程控制与监测 控制器

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基于模拟退火-强化学习算法的船舶运动控制 被引量：2

4

作者 叶光 郭晨 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期1278-1282,共5页

船舶运动控制与航行的安全性、可操纵性和经济性密切相关。本文基于模拟退火-强化学习算法提出了一种混合智能控制器,应用于船舶运动航向控制中。这种混合智能控制器发挥了各种智能算法的优势,能够克服风、浪、流等外界的干扰,船舶操纵... 船舶运动控制与航行的安全性、可操纵性和经济性密切相关。本文基于模拟退火-强化学习算法提出了一种混合智能控制器,应用于船舶运动航向控制中。这种混合智能控制器发挥了各种智能算法的优势,能够克服风、浪、流等外界的干扰,船舶操纵自身的不确定性,以及干扰或仪器测量误差情况下,精确的训练数据不容易得到的缺陷。最终的仿真结果表明,当存在风浪干扰海况下,船舶航向的控制仍能取得令人满意的效果。 展开更多

关键词 模拟退火算法 强化学习算法 船舶运动控制 模糊神经网络

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船舶运输安全保障下的智能船舶运动控制策略 被引量：11

5

作者 张显库 韩旭 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2019年第S01期1-6,共6页

[目的]为了最大限度地保障智能船舶运输安全,研究一种与智能船舶正常航行控制策略不同的船舶运动鲁棒控制算法,不追求准确、快速和节能,以智能船舶稳定航行为唯一设计指标。[方法]采用四维Norrbin非线性数学模型和二阶闭环增益成形算法... [目的]为了最大限度地保障智能船舶运输安全,研究一种与智能船舶正常航行控制策略不同的船舶运动鲁棒控制算法,不追求准确、快速和节能,以智能船舶稳定航行为唯一设计指标。[方法]采用四维Norrbin非线性数学模型和二阶闭环增益成形算法设计控制策略。[结果]得到了航向不稳定船舶保持稳定的鲁棒控制器设计的通用算式,仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。[结论]正常海况下,该控制策略的综合性能指标不如以往的控制策略,但在8级风以上的恶劣海况下,能最大限度地保障船舶航行稳定、安全。该控制策略可以作为智能船舶在恶劣海况下安全航行的配套措施。 展开更多

关键词 船舶运输安全 船舶运动控制策略 闭环增益成形算法 简捷鲁棒控制 智能船舶

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小波算法在船舶运动控制系统中的应用 被引量：2

6

作者 李晓东 《舰船科学技术》 北大核心 2016年第6X期49-51,共3页

随着计算机自动控制技术的发展,船舶运动控制系统中融合了更多的智能化控制技术。为能够真实系统地反映出船舶运动系统的动态变化过程,本文设计基于小波算法的自动化运动控制系统,系统充分发挥了小波神经算法具有的自主学习、自适应和... 随着计算机自动控制技术的发展,船舶运动控制系统中融合了更多的智能化控制技术。为能够真实系统地反映出船舶运动系统的动态变化过程,本文设计基于小波算法的自动化运动控制系统,系统充分发挥了小波神经算法具有的自主学习、自适应和时频聚焦等特点。在保证系统运动姿态识别精度的同时,提出改进型的时滞小波神经网络预测算法。通过仿真实验证明,此算法能够良好适应船舶海上运动的大惯性和时变非线性等特性,在船舶自动化运动控制领域的应用前景广阔。 展开更多

关键词 船舶运动控制 小波算法 预测控制 建模仿真

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船舶运动控制的舵机仿真改进

7

作者 张志恒 张显库 周韬 《船海工程》 北大核心 2018年第A01期154-160,共7页

基于大连海事大学校船“育鲲”轮海试数据,在已有舵机特性的基础上增加了小的航向偏差不操舵环节和舵效维持环节,建立非线性Nomoto模型和MMG模型,进行仿真验证。仿真发现,在风浪流干扰作用下,在舵机特性中增加舵效维持环节模拟操舵响应... 基于大连海事大学校船“育鲲”轮海试数据,在已有舵机特性的基础上增加了小的航向偏差不操舵环节和舵效维持环节,建立非线性Nomoto模型和MMG模型,进行仿真验证。仿真发现,在风浪流干扰作用下,在舵机特性中增加舵效维持环节模拟操舵响应缓慢特性,操舵频率和操舵幅度更符合航海实践,操舵效果与海试舵效基本一致。结果表明,用舵效维持模拟船舶操舵响应缓慢的特性更符合海试操舵效果。 展开更多

关键词 船舶工程 船舶运动控制 仿真 零阶保持器 舵机

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风帆助航船舶运动的模糊自适应迭代滑模控制 被引量：8

8

作者 沈智鹏 姜仲昊 +1 位作者 王国峰 郭晨 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期634-639,共6页

针对风帆助航船舶运动模型的不确定性和高度非线性特点,设计了一种自适应非线性滑模控制器。该控制器利用非线性双曲正切函数对系统输出进行迭代滑动模态设计,应用滑模面反馈控制方法,无需对系统的不确定项和外界干扰进行估计,根据双曲... 针对风帆助航船舶运动模型的不确定性和高度非线性特点,设计了一种自适应非线性滑模控制器。该控制器利用非线性双曲正切函数对系统输出进行迭代滑动模态设计,应用滑模面反馈控制方法,无需对系统的不确定项和外界干扰进行估计,根据双曲正切函数的严格有界性和控制输入约束条件证明了控制器稳定性,同时引入模糊系统对迭代滑模参数进行优化,增强控制器的自适应性。以"文竹海"号76000DWT散货船为目标进行控制仿真,结果表明,所设计控制器对系统模型不确定参数摄动及风浪作用不敏感,具有强鲁棒性,且与迭代滑模控制器相比所得控制量输出更加合理有效。 展开更多

关键词 风帆助航船 模糊自适应 迭代滑模 滑模控制 滑模面反馈 船舶运动控制 控制器设计

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模糊切换型船舶运动PID控制器 被引量：4

9

作者 王勇 贾宝柱 《中国航海》 CSCD 北大核心 2006年第4期30-34,共5页

航向改变时船舶航迹变化过程可以分为瞬态区域和稳态区域。根据不同区域中不同的性能指标,提出了一种把常规PID和TS-PID模糊控制器以模糊切换方式相结合的模糊切换型PID控制方法。该方法集成了常用PID和模糊PID控制方式的优势并弥补了... 航向改变时船舶航迹变化过程可以分为瞬态区域和稳态区域。根据不同区域中不同的性能指标,提出了一种把常规PID和TS-PID模糊控制器以模糊切换方式相结合的模糊切换型PID控制方法。该方法集成了常用PID和模糊PID控制方式的优势并弥补了各自的不足,模糊切换方式实现了二种控制器之间的平滑切换。应用钝性定理证明了二阶Nomoto船舶模型的切换型PID控制系统的输入、输出稳定性,并用遗传算法优化控制器参数。与模糊PID控制器的对比仿真实验,表明所提出的方法可以有效提高船舶运动控制的各项性能指标。 展开更多

关键词 船舶 舰船工程 船舶运动控制 模糊切换PID 输入输出稳定性 遗传算法

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船舶运动航向自适应非线性控制的仿真研究 被引量：20

10

作者 杜佳璐 郭晨 张显库 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期1445-1448,共4页

针对参数未知的船舶航向非线性控制系统数学模型,考虑船舶操舵伺服机构特性的情况下,船舶航向控制问题成一个虚拟控制系数未知的非匹配不确定非线性控制问题。引入Nussbaum函数,并采用逆推(backstepping)技术,成功地解决了上述困难,设... 针对参数未知的船舶航向非线性控制系统数学模型,考虑船舶操舵伺服机构特性的情况下,船舶航向控制问题成一个虚拟控制系数未知的非匹配不确定非线性控制问题。引入Nussbaum函数,并采用逆推(backstepping)技术,成功地解决了上述困难,设计了船舶航向自适应非线性控制器;借助Lyapunov函数证明了所设计控制器使最终的闭环非匹配不确定船舶运动非线性系统中的所有信号有界,系统的实际航向自适应地保持设定航向。以大连海事大学“育龙”轮为例进行仿真研究,结果证明所设计的控制器是有效的。 展开更多

关键词 船舶运动航向控制 自适应 非线性 非匹配不确定 逆推算法 NUSSBAUM增益

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船舶横向运动鲁棒PID控制及优化 被引量：6

11

作者 彭秀艳 贾书丽 《控制工程》 CSCD 北大核心 2014年第3期455-458,共4页

针对船舶横向运动控制特点,为达到航向舵控制航向同时达到减横摇的目的,提出了一种基于闭环增益成形和模糊优化算法的鲁棒PID控制器设计方法。根据具有工程实际意义的横摇和艏摇带宽直接构造出横摇、艏摇鲁棒PID控制器,并基于横摇与艏... 针对船舶横向运动控制特点,为达到航向舵控制航向同时达到减横摇的目的,提出了一种基于闭环增益成形和模糊优化算法的鲁棒PID控制器设计方法。根据具有工程实际意义的横摇和艏摇带宽直接构造出横摇、艏摇鲁棒PID控制器,并基于横摇与艏摇频谱,组合成横向控制器。由于用舵来减摇不可避免地增加了舵机的工作负担造成较大的舵机损耗,为此提出对横摇和艏摇控制器输出加入权重分配,采用模糊算法优化横向控制器权系数的方法,达到系统性能综合最优。仿真结果表明所设计的控制器具有较强的鲁棒性,合理的权系数选择,不但可以达到降低舵机损耗的目的,而且提高了航向控制精度。该控制器设计简单,易于船舶横向运动控制的实际工程应用,具有一定的研究价值。 展开更多

关键词 船舶横向运动控制 闭环增益成形算法 模糊优化算法 鲁棒PID

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基于状态观测器的多艘船舶鲁棒同步控制 被引量：3

12

作者 丁福光 马燕芹 +1 位作者 王元慧 李江军 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期789-794,共6页

为了实现多艘船舶的同步运动,满足海上作业的需求,提出了基于状态观测器的多艘船舶鲁棒同步运动控制策略。建立了多艘船舶运动数学模型;建立了扰动观测器对未知扰动进行估计;在此基础上,为每艘船预先设定期望路径,并用有向图表示船舶之... 为了实现多艘船舶的同步运动,满足海上作业的需求,提出了基于状态观测器的多艘船舶鲁棒同步运动控制策略。建立了多艘船舶运动数学模型;建立了扰动观测器对未知扰动进行估计;在此基础上,为每艘船预先设定期望路径,并用有向图表示船舶之间的通信,将多艘船的同步运动误差引入到反馈控制器,控制多艘船舶实现同步运动;在多艘船的速度和加速度不可测的情况下,通过分别对每一艘船舶设计非线性状态观测器,进而得到多艘船的速度和加速度估计值;利用李雅普诺夫稳定性理论,证明了所设计的控制律的稳定性;通过仿真得出该同步控制方法可以很好地解决多艘船舶的同步运动控制问题。 展开更多

关键词 船舶运动控制 同步控制 扰动观测器 非线性状态观测器 鲁棒控制

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基于欧拉迭代模型预测的欠驱动水面船舶路径跟踪控制 被引量：7

13

作者 李荣辉 陈志娟 +1 位作者 李宗宣 卜仁祥 《广东海洋大学学报》 CAS 2020年第1期104-110,共7页

【目的】解决具有外部受风流干扰和舵角输入受约束的欠驱动船舶路径跟踪问题。【方法】采用基于欧拉迭代的模型预测控制算法(MPC)对欠驱动船舶路径跟踪进行控制。【结果】MPC能够灵活地处理舵角输入受约束问题,欧拉迭代法离散和预测船... 【目的】解决具有外部受风流干扰和舵角输入受约束的欠驱动船舶路径跟踪问题。【方法】采用基于欧拉迭代的模型预测控制算法(MPC)对欠驱动船舶路径跟踪进行控制。【结果】MPC能够灵活地处理舵角输入受约束问题,欧拉迭代法离散和预测船舶未来状态可以简化MPC设计的运算。为弥补欧拉迭代法在精度上的不足,直接以分离型船舶模型(MMG)作为MPC的预测模型。应用径向基函数(RBF)神经网络历史信息训练实现对外界风流干扰的逼近及补偿。【结论】所设计的控制器可以使船舶在考虑风流干扰和舵角约束的情况下准确地跟踪上设定的路径,所提控制算法的有效性得到验证。 展开更多

关键词 船舶路径跟踪 模型预测控制 欧拉迭代法 船舶运动控制

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船舶航向的神经网络并行鲁棒模型参考控制(英文) 被引量：5

14

作者 吕进 郭晨 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第15期3489-3493,共5页

针对大型船舶的航向控制特性,提出一种神经网络并行自学习鲁棒模型参考控制方法。这种复合控制结构利用神经网络的学习能力和非线性映射能力,解决传统自适应控制中模型的在线辨识和控制器的在线设计问题,以达到对不确定非线性船舶的高... 针对大型船舶的航向控制特性,提出一种神经网络并行自学习鲁棒模型参考控制方法。这种复合控制结构利用神经网络的学习能力和非线性映射能力,解决传统自适应控制中模型的在线辨识和控制器的在线设计问题,以达到对不确定非线性船舶的高精度输出跟踪控制;通过引入运行监控器,克服神经网络控制方法实时性差的问题;利用一个鲁棒反馈控制器,来保证神经网络模型学习初期闭环系统的稳定性。仿真结果表明这一方法对设定航向具有精确的跟踪控制效果。 展开更多

关键词 神经网络 船舶运动控制 模型参考控制 非线性控制 仿真

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基于非线性反馈的水翼艇纵向运动鲁棒控制 被引量：8

15

作者 张显库 《中国航海》 CSCD 北大核心 2016年第1期60-63,73,共5页

为提高水翼艇纵向运动控制的鲁棒性和节能效果,在保持已有的多输入多输出(Multiple-Input Multipe-Output,MIMO)鲁棒控制器不变的基础上,引入正弦函数驱动的非线性反馈代替原有的误差线性反馈。仿真结果表明:在模型摄动时,鲁棒控制器主... 为提高水翼艇纵向运动控制的鲁棒性和节能效果,在保持已有的多输入多输出(Multiple-Input Multipe-Output,MIMO)鲁棒控制器不变的基础上,引入正弦函数驱动的非线性反馈代替原有的误差线性反馈。仿真结果表明:在模型摄动时,鲁棒控制器主要改进纵摇效果,而非线性反馈控制能同时改进升沉和纵摇效果,控制效果比鲁棒控制器提升70%以上,控制能量比鲁棒控制器节省90%以上。简单的理论分析和仿真研究结果表明:正弦函数驱动的非线性反馈对于MIMO系统的控制同样适用。 展开更多

关键词 水路运输 船舶运动控制 水翼艇 非线性反馈 鲁棒控制 闭环增益成形

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船舶运动半物理仿真系统 被引量：3

16

作者 孟浩 赵国良 王岚 《系统仿真学报》 CAS CSCD 2003年第3期457-459,共3页

从加快船舶运动控制器样机的研制周期、降低成本、提高效率出发,提出了一种新颖的船舶运动半物理仿真系统。介绍了系统的组成、结构和各模块的功能及特点。叙述了系统的实现方法和相关性能指标。利用所研制的船舶运动半物理仿真系统,可... 从加快船舶运动控制器样机的研制周期、降低成本、提高效率出发,提出了一种新颖的船舶运动半物理仿真系统。介绍了系统的组成、结构和各模块的功能及特点。叙述了系统的实现方法和相关性能指标。利用所研制的船舶运动半物理仿真系统,可方便地在实验室内对船舶航向、航迹、减摇和避碰等船舶控制系统进行半物理仿真研究,为船舶运动控制器系统样机的研制提供了方便。试验表明所研制的船舶运动半物理仿真系统满足了规定的性能指标,达到了预期的目的。 展开更多

关键词 船舶运动控制器 半物理仿真 船舶运动模拟器 仿真转台 仿真车

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基于动态面控制方法的船舶动力定位控制 被引量：1

17

作者 张敏 赵斌 《舰船科学技术》 北大核心 2015年第2期164-167,共4页

随着经济全球化的发展,人们对海洋资源的开采和利用逐年加深,在开采过程中需要在船舶上进行数据采集,保证船舶的稳定性对研究海洋资源具有深远的意义。本文通过引入动态面控制算法,利用动态面控制技术为动力定位船舶设计控制系统,每一... 随着经济全球化的发展,人们对海洋资源的开采和利用逐年加深,在开采过程中需要在船舶上进行数据采集,保证船舶的稳定性对研究海洋资源具有深远的意义。本文通过引入动态面控制算法,利用动态面控制技术为动力定位船舶设计控制系统,每一步使用一阶积分滤波器来评估虚拟控制输入的导数,仿真结果显示与传统的backstepping方法相比减低了计算的复杂度,增强了鲁棒性。 展开更多

关键词 动态面控制 动力定位船舶 船舶运动控制

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结合速度和干扰观测的船舶路径跟踪模型预测控制 被引量：7

18

作者 李宗宣 卜仁祥 范艺 《上海海事大学学报》 北大核心 2021年第1期19-25,共7页

针对船舶路径跟踪控制中的舵角需优化﹑舵幅和舵速受约束等问题,提出模型预测控制(model predictive control,MPC)算法。为处理系统高阶状态值不易测量以及环境干扰问题,设计高阶非线性观测器,同时对船速和包含模型不确定项和外界干扰... 针对船舶路径跟踪控制中的舵角需优化﹑舵幅和舵速受约束等问题,提出模型预测控制(model predictive control,MPC)算法。为处理系统高阶状态值不易测量以及环境干扰问题,设计高阶非线性观测器,同时对船速和包含模型不确定项和外界干扰的总未知项进行估计。以引入舵机响应系统的MMG模型作为预测模型,不仅能提高预测精度,而且更符合船舶运动控制的实际情况。仿真结果表明,所设计的控制器在风浪流时变干扰下仍能跟踪参考路径,舵角幅值小且其变化是光滑的,速度值和总未知项也均能被准确地逼近,验证了所提算法的有效性。 展开更多

关键词 船舶运动控制 模型预测控制(MPC) 路径跟踪 非线性观测器

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基于非线性模型预测的欠驱动船舶轨迹跟踪控制研究 被引量：4

19

作者 杜朋柱 张砚北 +1 位作者 隆武强 朱晶宇 《大连理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期494-500,共7页

针对欠驱动船舶轨迹跟踪控制系统具有非线性、大惯性、时滞、局部线性不可控等特点,结合扩展卡尔曼滤波器和序列二次规划算法,设计了基于非线性模型预测的船舶轨迹跟踪控制策略.首先,设计了具有一定复杂度的参考轨迹,用于测试船舶的各... 针对欠驱动船舶轨迹跟踪控制系统具有非线性、大惯性、时滞、局部线性不可控等特点,结合扩展卡尔曼滤波器和序列二次规划算法,设计了基于非线性模型预测的船舶轨迹跟踪控制策略.首先,设计了具有一定复杂度的参考轨迹,用于测试船舶的各种工况及工况切换情况.其次,应用船舶欠驱动三自由度运动控制模型与所设计的参考轨迹建立了非线性约束优化问题的目标函数,采用序列二次规划算法进行优化求解,并在扩展卡尔曼滤波器中对测量函数的雅可比矩阵进行了预求解以减少算法计算量.最后,通过对一艘运输船进行仿真试验,验证了所设计轨迹跟踪控制器的有效性和实时性. 展开更多

关键词 船舶轨迹跟踪控制 非线性模型预测 欠驱动船舶运动控制模型 非线性约束优化

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船舶路径跟踪RBF神经网络滑模控制 被引量：5

20

作者 章沪淦 卜仁祥 于镓铭 《上海海事大学学报》 北大核心 2021年第4期7-11,共5页

为解决船舶运动过程中舵角增益不确定、运动模型参数不确定及有外界干扰的路径跟踪问题,提出一种利用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络逼近总未知项和舵角增益的滑模控制算法。根据反推法设计参考艏向,采用双曲正切函数... 为解决船舶运动过程中舵角增益不确定、运动模型参数不确定及有外界干扰的路径跟踪问题,提出一种利用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络逼近总未知项和舵角增益的滑模控制算法。根据反推法设计参考艏向,采用双曲正切函数设计滑模控制器,对艏向进行控制。通过MMG模型进行仿真,验证算法的有效性。仿真结果表明,所设计的控制器能够很好地跟踪参考路径,且利用RBF神经网络能够较好地逼近总未知项和舵角增益,故基于RBF神经网络设计的滑模控制器对船舶路径跟踪具有很好的鲁棒性。 展开更多

关键词 船舶运动控制 径向基函数(RBF)神经网络 滑模控制 反推法 舵角增益估计

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