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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
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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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用闭环增益成形算法的精馏塔鲁棒控制 被引量:14
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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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闭环增益成形算法下的航迹保持控制 被引量:2
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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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基于运动姿态数据挖掘的泊船遭遇角控制方法
5
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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一种节能的非线性反馈船舶航迹保持算法
6
作者 周韬 张显库 《船海工程》 北大核心 2018年第A01期210-212,217,共4页
给出一种节能的非线性航迹保持算法,将由反正切函数驱动的航向偏差非线性反馈arctan(ωe)代替原航向偏差e,作为控制器的输入,得到的控制器用船舶自动舵仿真测试平台进行测试,将仿真结果与通过闭环增益成形算法得出的线性PID控制器控制... 给出一种节能的非线性航迹保持算法,将由反正切函数驱动的航向偏差非线性反馈arctan(ωe)代替原航向偏差e,作为控制器的输入,得到的控制器用船舶自动舵仿真测试平台进行测试,将仿真结果与通过闭环增益成形算法得出的线性PID控制器控制效果比较。结果表明,非线性反馈控制器输出平均幅值降低,航迹偏差减小,增强了航迹保持控制效果,节约能源、减少舵机损耗。 展开更多
关键词 航迹保持控制 非线性反馈 闭环增益成形算法 节能
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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
7
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
8
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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基于鲁棒模糊控制的船舶转向及航向保持 被引量:12
9
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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规划控制策略下的无人船航向简捷鲁棒控制 被引量:7
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作者 关巍 周庆宏 +1 位作者 任志浩 滕斌 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期1801-1808,共8页
针对无人船规划控制策略中航向反馈控制模块的设计问题,本文采用闭环增益成形算法对其进行控制器设计研究。利用李雅普诺夫稳定性理论对闭环增益成形算法所设计航向控制器的鲁棒性和稳定性进行分析,证明了控制系统的L 2增益鲁棒性能与... 针对无人船规划控制策略中航向反馈控制模块的设计问题,本文采用闭环增益成形算法对其进行控制器设计研究。利用李雅普诺夫稳定性理论对闭环增益成形算法所设计航向控制器的鲁棒性和稳定性进行分析,证明了控制系统的L 2增益鲁棒性能与控制器参数密切相关,并可以由此定量地求解出控制器参数的取值范围。在仿真实验中采用本文所提出的控制器设计策略在多向不规则波条件下对大型船舶“育鲲”轮进行仿真实验,并将本文所提出的控制策略应用于小型无人船舶的仿真实验中,通过与非线性反馈控制算法的仿真结果进行对比分析,结果表明:本文所提出的航向反馈控制器控制性能提升约4%~12%,且控制器结构简单,具有很好的应用潜力。 展开更多
关键词 规划控制 无人船 航向保持 鲁棒控制 闭环增益成形算法 李雅普诺夫稳定性理论
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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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基于响应模型在线辨识的航向鲁棒优化控制 被引量:4
12
作者 王立军 张显库 《中国航海》 CSCD 北大核心 2014年第1期1-5,共5页
为进一步解决船舶航向控制中模型不确定性的问题,实现鲁棒航向控制器的参数优化,将基于闭环增益成形算法的二阶鲁棒航向控制器参数分成模型参数和干扰带宽参数两部分。对于模型参数摄动,直接利用遗传算法对响应型船舶运动模型参数进行... 为进一步解决船舶航向控制中模型不确定性的问题,实现鲁棒航向控制器的参数优化,将基于闭环增益成形算法的二阶鲁棒航向控制器参数分成模型参数和干扰带宽参数两部分。对于模型参数摄动,直接利用遗传算法对响应型船舶运动模型参数进行在线辨识;同时,针对海况变化引起航向保持性能下降的情况,综合考虑航向保持精度和舵机节能优化干扰带宽参数,从而实现控制器参数的双重在线优化。仿真结果表明,与固定参数控制器相比其具有更高的航向保持精度、更小的航向调节时间和超调幅度。该系统对于模型摄动和外界干扰具有较好的自适应能力,具有明显的工程应用价值。 展开更多
关键词 船舶工程 闭环增益成形算法 遗传算法 响应型模型 鲁棒优化控制
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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
13
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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