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

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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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闭环增益成形算法在舵阻摇系统中的应用 被引量：11

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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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基于闭环增益成形算法的船舶航迹保持控制 被引量：8

3

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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闭环增益成形控制新算法及其应用 被引量：25

4

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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用闭环增益成形算法的精馏塔鲁棒控制 被引量：14

5

作者 张显库 贾欣乐 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2001年第5期15-17,64,共4页

给出了MIMO系统的闭环增益成形算法 ,将之应用于精馏塔的控制中 ,取得了良好的控制效果和鲁棒稳定性。文献 [6 ]给出的回路成形控制器与本文的一阶闭环增益成形控制效果相同 ,文献 [6 ]评价该法的不足之处是闭环系统的鲁棒性能稍差 ,该... 给出了MIMO系统的闭环增益成形算法 ,将之应用于精馏塔的控制中 ,取得了良好的控制效果和鲁棒稳定性。文献 [6 ]给出的回路成形控制器与本文的一阶闭环增益成形控制效果相同 ,文献 [6 ]评价该法的不足之处是闭环系统的鲁棒性能稍差 ,该缺点可用本文的二阶或三阶闭环增益成形控制器加以克服。该算法的优点是设计过程简单 ,物理意义明显。 展开更多

关键词 精馏塔 鲁棒控制 闭环增益成形算法

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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

6

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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航空发动机闭环增益成形PID控制器设计研究 被引量：3

7

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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闭环增益成形算法用于船舶非线性模型控制 被引量：4

8

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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连续搅拌反应釜过程的闭环增益成形PID控制器设计 被引量：2

9

作者 李述清 张胜修 +1 位作者 张煜东 胡波 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2011年第2期483-484,共2页

针对连续搅拌反应釜(CSTR)系统控制问题,设计了一种基于闭环增益成形算法的PID控制器,以提高PID控制器设计的简洁性和鲁棒性。首先假设期望闭环回路传递函数有一阶形式,同时将受控对象的一阶传递函数和PID控制器构成实际闭环回路传递函... 针对连续搅拌反应釜(CSTR)系统控制问题,设计了一种基于闭环增益成形算法的PID控制器,以提高PID控制器设计的简洁性和鲁棒性。首先假设期望闭环回路传递函数有一阶形式,同时将受控对象的一阶传递函数和PID控制器构成实际闭环回路传递函数。然后,比较期望闭环回路传递函数和实际闭环回路传递函数,即可确定PID参数。最后,以某CSTR系统为例,利用该方法设计了PID控制器,并通过仿真结果比较,检验了该方法所得PID控制器的良好鲁棒稳定性和动态品质。 展开更多

关键词 PID控制器 闭环增益成形 鲁棒控制 一阶对象 连续搅拌反应釜

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闭环增益成形算法在船舶自动舵中的应用 被引量：2

10

作者 张显库 贾欣乐 《中国航海》 CSCD 北大核心 1999年第2期89-93,共5页

根据船舶自动舵闭环频谱要求，给出一种新的基于闭环增益成形的控制算法，新算法从设计的根本上保证控制器具有良好的控制性能和鲁棒性能，从理论上可推出船舶航向ＰＤ控制是新算法的特例，新算法设计过程简单。

关键词 船舶 自动舵 闭环增益成形 算法 鲁棒性

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离散型闭环增益成形算法及其应用 被引量：7

11

作者 张显库 《中国航海》 CSCD 北大核心 2006年第3期4-6,26,共4页

将闭环增益成形算法推广到离散系统中去。分别用Z变换、差分反演法和双线性变换给出一阶、二阶和三阶闭环增益成形算法的离散形式,然后针对船舶航向保持问题,在Matlab环境中进行了仿真研究。仿真结果表明,航向保持的跟踪速度快、没有超... 将闭环增益成形算法推广到离散系统中去。分别用Z变换、差分反演法和双线性变换给出一阶、二阶和三阶闭环增益成形算法的离散形式,然后针对船舶航向保持问题,在Matlab环境中进行了仿真研究。仿真结果表明,航向保持的跟踪速度快、没有超调,当模型参数改变时,控制器具有一定的鲁棒性,说明离散型闭环增益成形算法是有效的。 展开更多

关键词 交通运输系统工程 离散 闭环增益成形 双线性变换 航向保持 鲁棒

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基于闭环增益成形算法和神经网络算法的船舶运动控制器设计 被引量：2

12

作者 刘杰 《舰船科学技术》 北大核心 2018年第5X期202-204,共3页

船舶的运动控制对于船舶航行的安全性和高效性至关重要,现代船舶向更加智能化、高速化的方向发展,对船舶运动控制提出了越来越高的要求。针对船舶数学模型的不确定性,本文采用神经网络对船舶进行运动控制。同时引入闭环增益成行算法,对... 船舶的运动控制对于船舶航行的安全性和高效性至关重要,现代船舶向更加智能化、高速化的方向发展,对船舶运动控制提出了越来越高的要求。针对船舶数学模型的不确定性,本文采用神经网络对船舶进行运动控制。同时引入闭环增益成行算法,对船舶的运动进行闭环控制,以克服神经网络控制系统鲁棒性差的问题。选取某型船舶为研究对象,对本文设计的运动控制器进行仿真验证,仿真结果表明控制效果理想,且能够克服干扰。 展开更多

关键词 船舶 运动控制器 闭环增益成形 神经网络

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基于闭环增益成形算法的船舶减摇鳍控制器设计与分析 被引量：4

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作者 张涛 关巍 +1 位作者 苏作靖 任志浩 《上海海事大学学报》 北大核心 2020年第1期27-33,56,共8页

为增强船舶横摇稳定性,并对其物理本质特性进行深入研究,以工程应用需求为基础,设计一种基于闭环增益成形算法的简捷、高效、鲁棒性强的减摇鳍控制器。首次采用李雅普诺夫稳定性理论对该控制器进行稳定性分析并给出其稳定的充要条件。... 为增强船舶横摇稳定性,并对其物理本质特性进行深入研究,以工程应用需求为基础,设计一种基于闭环增益成形算法的简捷、高效、鲁棒性强的减摇鳍控制器。首次采用李雅普诺夫稳定性理论对该控制器进行稳定性分析并给出其稳定的充要条件。将规则波和多向不规则波作为外界干扰对该控制器进行MATLAB仿真,验证该控制器的有效性。结果表明,该控制器设计过程简单,控制参数物理意义明确,减摇效果良好,具有十分良好的工程应用潜力。 展开更多

关键词 船舶 减摇鳍 闭环增益成形 李雅普诺夫稳定理论

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闭环增益成形算法下的航迹保持控制 被引量：2

14

作者 韩旭 张显库 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期1629-1635,共7页

Carrot following是一种间接式航迹保持算法,它找到期望航向后只使用简单的比例控制,因此航迹保持控制效果较差,为了在保持原方法简洁性的同时改善船舶的航迹保持效果,本文通过引入闭环增益成形算法对其控制率做了改进。间接式航迹保持... Carrot following是一种间接式航迹保持算法,它找到期望航向后只使用简单的比例控制,因此航迹保持控制效果较差,为了在保持原方法简洁性的同时改善船舶的航迹保持效果,本文通过引入闭环增益成形算法对其控制率做了改进。间接式航迹保持控制能够使相关成果简单迁移到航迹保持问题中。仿真结果表明:所提出的间接式控制方法能够实现船舶的航迹保持,仿真下的稳态误差小于5 m,而航向保持中的许多技巧在航迹保持中依然适用。本文所提方法简洁有效,具有推广价值。 展开更多

关键词 船舶运动控制 航迹保持控制 间接式控制 机器人学 闭环增益成形算法 carrot following算法

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一种基于正反馈的液化天然气船液舱绝缘层压差的非线性修饰鲁棒控制

15

作者 张显库 范佳明 尚翀 《中国航海》 北大核心 2025年第S1期105-111,共7页

为验证正反馈控制在船舶液舱压力控制中的有效性,采用镜像映射方法将液化天然气(LNG)船液舱绝缘层压差的不稳定系统映射成稳定系统,用闭环增益成形算法设计鲁棒控制器以降低纯滞后带来的模型摄动影响,运用S函数的非线性修饰技术减少控... 为验证正反馈控制在船舶液舱压力控制中的有效性,采用镜像映射方法将液化天然气(LNG)船液舱绝缘层压差的不稳定系统映射成稳定系统,用闭环增益成形算法设计鲁棒控制器以降低纯滞后带来的模型摄动影响,运用S函数的非线性修饰技术减少控制器输出的幅值,使用正反馈实现整个控制系统的控制。理论分析和仿真试验结果表明:正反馈控制可取得与负反馈控制同样的控制效果,所提出算法的控制效果优于已发表负反馈算法的控制效果。初步证明了正反馈控制在船舶控制系统应用的可行性和有效性,对正反馈控制进一步理论分析及实际工程应用具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 正反馈 LNG船 非线性修饰 鲁棒控制 压力控制 闭环增益成形

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基于运动姿态数据挖掘的泊船遭遇角控制方法

16

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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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

17

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

18

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

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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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大惯性船舶航向保持的改进简捷鲁棒控制 被引量：15

20

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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