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船舶自动舵控制算法仿真测试平台 被引量:11
1
作者 张国庆 张显库 《中国航海》 CSCD 北大核心 2013年第2期1-5,21,共6页
为了方便科研人员进行船舶运动控制算法研究,采用Visual Basic 6.0开发了一套基于Norrbin六自由度非线性船舶运动数学模型的船舶自动舵控制算法仿真测试平台。该平台提供了标准的输入、输出数据接口,用户据此编写航向保持控制算法,不限... 为了方便科研人员进行船舶运动控制算法研究,采用Visual Basic 6.0开发了一套基于Norrbin六自由度非线性船舶运动数学模型的船舶自动舵控制算法仿真测试平台。该平台提供了标准的输入、输出数据接口,用户据此编写航向保持控制算法,不限编程语言和控制算法类型。大量的航海计算、船舶运动数学模型、海况干扰、海图显示、曲线显示、航线规划、报警等程序由测试平台给出。测试结果可与内设算法进行比较,并以简易海图、数字、曲线、综合性能指标的形式显示。以自行设计的航向保持PD控制器作为外接控制器对本系统进行测试,结果令人满意。本测试平台具有界面友好、简洁易用、成本低廉的优点。 展开更多
关键词 船舶、舰船工程 自动舵 控制算法 测试 平台
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三维图形绘制生成航海雷达回波的强度仿真 被引量:2
2
作者 曹士连 金一丞 尹勇 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2076-2084,共9页
现有航海雷达模拟器的回波图像对物标间的遮挡判断不明确,回波强度不能有效反映电磁波传播的物理特性。在分析射线跟踪方法的基础上,提出了以三维视景库为数据源,通过视景图形绘制方法生成航海雷达图像。提出了基于雷达方程的航海雷达... 现有航海雷达模拟器的回波图像对物标间的遮挡判断不明确,回波强度不能有效反映电磁波传播的物理特性。在分析射线跟踪方法的基础上,提出了以三维视景库为数据源,通过视景图形绘制方法生成航海雷达图像。提出了基于雷达方程的航海雷达回波强度计算模型,以ITU建议标准为参考计算模型中的大气传播损耗、降雨损耗和云雾损耗,结合图形绘制流水线实现回波强度计算。仿真试验证明该方法生成的航海雷达图像物标遮挡关系明确,回波强度变化合理,真实感明显提高。 展开更多
关键词 雷达图像 回波强度 图形绘制 GLSL
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基于仿射变换的双克令吊装卸动态仿真算法 被引量:1
3
作者 史国友 贾传荧 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第8期1840-1844,共5页
提出一种基于仿射变换的双克令吊联合装卸重大件货物的动态仿真快速算法。该算法是将在三维空间中6参数的非线性方程组经仿射变换后,变为二维平面上的4参数的非线性方程组,对此方程组运用最优化方法进行迭代求解,再经仿射反变换得到原... 提出一种基于仿射变换的双克令吊联合装卸重大件货物的动态仿真快速算法。该算法是将在三维空间中6参数的非线性方程组经仿射变换后,变为二维平面上的4参数的非线性方程组,对此方程组运用最优化方法进行迭代求解,再经仿射反变换得到原非线性方程组的最终解。在此算法和基于OPENGL的三维视景显示等算法基础上,设计并实现了重大件货装卸仿真系统,实践证明这一算法的实现加快了系统的仿真速度,结果令人满意。 展开更多
关键词 仿射变换 重大件货 动态仿真 装卸 OPENGL 视景模型
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船舶动力定位控制算法测试仿真系统 被引量:4
4
作者 钱小斌 尹勇 +2 位作者 神和龙 孙霄峰 张秀凤 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2028-2034,共7页
为克服动力定位控制算法的实船测试具有风险大、调试周期长、费用高的缺点,设计了船舶动力定位控制算法测试仿真平台。建立了动力定位船舶的运动数学模型和风浪流等海洋环境对船舶的扰动模型,分析了动力定位船舶的运动特点,提出仿真平... 为克服动力定位控制算法的实船测试具有风险大、调试周期长、费用高的缺点,设计了船舶动力定位控制算法测试仿真平台。建立了动力定位船舶的运动数学模型和风浪流等海洋环境对船舶的扰动模型,分析了动力定位船舶的运动特点,提出仿真平台的设计要求,介绍了仿真系统的功能框架和实现、测试流程以及相关的接口。以一艘动力定位供给船为研究对象,采用模型预测控制算法进行"自动定位模式"的测试,测试结果表明:该仿真系统能够验证动力定位控制算法的有效性和鲁棒性,减少实船试验带来的风险和时间,对动力定位控制算法的研究具有重要意义。 展开更多
关键词 动力定位系统 测试 仿真 控制算法
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半潜船潜浮仿真及计算机辅助控制系统 被引量:1
5
作者 漆勇 张显库 苏作靖 《中国航海》 CSCD 北大核心 2013年第1期54-59,共6页
为了安全运输海洋工程结构物、降低船员疲劳程度,用VB实现了半潜船潜浮仿真及计算机辅助控制系统。在原"泰安口"半潜船压载水仿真系统基础上,设计了半潜船潜浮作业自动控制逻辑,能自动控制半潜船空载下潜、空载上浮、载货下... 为了安全运输海洋工程结构物、降低船员疲劳程度,用VB实现了半潜船潜浮仿真及计算机辅助控制系统。在原"泰安口"半潜船压载水仿真系统基础上,设计了半潜船潜浮作业自动控制逻辑,能自动控制半潜船空载下潜、空载上浮、载货下潜、载货上浮;同时还增设了半潜船潜浮作业实时动画仿真模块,不但能动态地模拟压载水系统自由压排水、空压机式压排水以及泵式压排水工作的全过程,还以Flash动画的形式实时模拟了半潜船潜浮进度。经测试能够控制半潜船下潜上浮功能,且仿真效果令人满意。 展开更多
关键词 船舶 舰船工程 半潜船 仿真 控制
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船舶航向保持的鲁棒神经网络控制 被引量:20
6
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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欠驱动船舶简捷鲁棒自适应路径跟踪控制 被引量:18
7
作者 张国庆 张显库 关巍 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期1053-1059,共7页
为了进一步解决模型存在任意不确定性和外界环境干扰的欠驱动船舶路径跟踪控制问题,在Backstepping方法基础上,引入非线性函数逼近技术对模型中任意不确定因素进行补偿控制。考虑到"计算膨胀"和控制实时性问题,引入动态面控... 为了进一步解决模型存在任意不确定性和外界环境干扰的欠驱动船舶路径跟踪控制问题,在Backstepping方法基础上,引入非线性函数逼近技术对模型中任意不确定因素进行补偿控制。考虑到"计算膨胀"和控制实时性问题,引入动态面控制和最小参数学习方法的设计思想,充分利用欠驱动船舶模型内部结构特征,将用于非线性函数逼近的神经网络权重压缩为4个参数进行在线学习。该算法具有形式简捷、学习参数少、易于工程实现的特点,仿真实例验证了所提出控制策略的有效性。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 路径跟踪 BACKSTEPPING 神经网络 自适应控制 非线性函数
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船舶转向的鲁棒控制及其优化设计 被引量:11
8
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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基于混沌分析的船舶参数激励横摇运动及其减摇鳍控制研究 被引量:12
9
作者 马磊 张显库 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2013年第7期741-747,共7页
船舶参数激励横摇可能导致船舶的大幅度横摇运动,威胁船舶、货物和海上人命安全。为了减小参数激励带来的不利因素,通过李亚普诺夫指数和功率谱对船舶在规则纵浪中运动的稳定性进行分析。从而分析船舶参数激励横摇运动的产生机理,不仅... 船舶参数激励横摇可能导致船舶的大幅度横摇运动,威胁船舶、货物和海上人命安全。为了减小参数激励带来的不利因素,通过李亚普诺夫指数和功率谱对船舶在规则纵浪中运动的稳定性进行分析。从而分析船舶参数激励横摇运动的产生机理,不仅分析了船舶参数激励横摇产生混沌现象的条件,而且确定出船舶参数激励横摇运动的安全与危险区域。然后基于Backstepping算法和闭环增益成形算法设计出减摇鳍控制器,并且在考虑一定的干扰后进行了仿真试验。仿真结果表明该控制策略对于消除船舶参数激励横摇系统的混沌现象是十分有效的,并且其鲁棒性能令人满意。 展开更多
关键词 参数激励横摇 混沌分析 减摇鳍控制
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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
10
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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用GA优化模糊控制器及其应用 被引量:3
11
作者 张显库 张宁 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2004年第8期202-204,218,共4页
用遗传算法优化模糊控制器的隶属度函数,得到优化的模糊控制器。在遗传算法设计方面,采用十进制基因编码,减少了译码的麻烦,避免了常规情况下以二进制形式编码的染色体物理意义不明显和在交叉、变异操作中容易破坏本身特性的缺点。给出... 用遗传算法优化模糊控制器的隶属度函数,得到优化的模糊控制器。在遗传算法设计方面,采用十进制基因编码,减少了译码的麻烦,避免了常规情况下以二进制形式编码的染色体物理意义不明显和在交叉、变异操作中容易破坏本身特性的缺点。给出了一种比较实用的交叉、变异和选择的方法,不仅使得种群进化的操作计算变得简单,而且既保留了染色体中好的特性又优化了不良的染色体。全部程序由Matlab编程实现。针对某货船,将优化后的模糊控制器在Matlab的Simulink中进行了多种情况下的仿真研究。此外,对于种群规模、进化代数对模糊控制器性能的影响也做了对比的仿真研究。由仿真结果可知,遗传算法能够有效地提高模糊控制器的性能。 展开更多
关键词 模糊控制 遗传算法(GA) 船舶模型 优化
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倒立摆分段控制方法 被引量:3
12
作者 贾欣乐 张显库 《控制工程》 CSCD 北大核心 2016年第S1期6-12,共7页
为了解决非线性控制器设计参数求取困难的瓶颈问题,使用极点配置方法设计出线性控制器,以此为基础设计反馈线性化非线性控制器的参数,形成了系统化的设计方法,成功解决了原非线性控制器参数靠试凑的难题。所给出的方法在倒立摆的分段控... 为了解决非线性控制器设计参数求取困难的瓶颈问题,使用极点配置方法设计出线性控制器,以此为基础设计反馈线性化非线性控制器的参数,形成了系统化的设计方法,成功解决了原非线性控制器参数靠试凑的难题。所给出的方法在倒立摆的分段控制中取得了良好的仿真结果,说明所设计的方法便捷可行。 展开更多
关键词 倒立摆 非线性控制 极点配置 反馈线性化
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用镜像映射方法求纯不稳定过程的鲁棒控制器 被引量:4
13
作者 张显库 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2004年第10期1466-1467,共2页
对于极点全部位于开右半平面的纯不稳定过程,通过配置左半平面的零极点,使系统变成一般不稳定系统,然后通过镜像映射将成形后的不稳定过程转换成最小相位系统,最后用闭环增益成形算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... 对于极点全部位于开右半平面的纯不稳定过程,通过配置左半平面的零极点,使系统变成一般不稳定系统,然后通过镜像映射将成形后的不稳定过程转换成最小相位系统,最后用闭环增益成形算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,故该控制器对成形后的不稳定过程同样具有鲁棒性。仿真结果表明系统的鲁棒性能良好。 展开更多
关键词 镜像映射 纯不稳定过程 闭环增益成形 鲁棒控制器
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汽车防抱死制动系统的鲁棒控制 被引量:6
14
作者 张显库 《重庆工学院学报(自然科学版)》 2008年第7期1-5,共5页
为了提高汽车防抱死制动系统的鲁棒性能,设计了该系统的鲁棒控制器.通过对汽车防抱死制动系统的基本结构和工作原理的分析,给出了适于鲁棒控制器设计的1/4车辆系统的数学模型,然后用闭环增益成形算法设计出汽车防抱死制动系统的鲁棒控制... 为了提高汽车防抱死制动系统的鲁棒性能,设计了该系统的鲁棒控制器.通过对汽车防抱死制动系统的基本结构和工作原理的分析,给出了适于鲁棒控制器设计的1/4车辆系统的数学模型,然后用闭环增益成形算法设计出汽车防抱死制动系统的鲁棒控制器,最后用Matlab进行了汽车防抱死制动过程的仿真.仿真结果表明:该控制系统能充分利用最大附着力制动,并可提高汽车制动时的操作稳定性,当车的重量发生变化时,滑移率仍然维持在期望值0.2左右,提前了0.5 s抱死,抱死时滑移率还在0.15左右,控制器的鲁棒性能较好. 展开更多
关键词 交通控制 防抱死制动系统 鲁棒控制 闭环增益成形
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舵减摇与航迹保持的鲁棒协同优化控制
15
作者 王立军 张显库 《中国航海》 CSCD 北大核心 2016年第1期31-35,共5页
针对减摇航迹保持控制中存在的多目标优化问题,应用NSGA-Ⅱ提出舵减摇与航迹保持控制的鲁棒协同优化方法。首先,在对非线性船舶运动模型进行线性化的基础上提出一种响应型简化线性模型;然后,基于闭环增益成形算法建立舵减摇与航迹保持... 针对减摇航迹保持控制中存在的多目标优化问题,应用NSGA-Ⅱ提出舵减摇与航迹保持控制的鲁棒协同优化方法。首先,在对非线性船舶运动模型进行线性化的基础上提出一种响应型简化线性模型;然后,基于闭环增益成形算法建立舵减摇与航迹保持的简捷鲁棒控制器;接着,针对航迹跟踪精度、舵减摇率和舵机能耗等3个目标函数,利用NSGA-Ⅱ实现控制参数的协同优化;最后,对某海军运输船的非线性模型进行仿真试验。试验结果表明:Pareto优化解集能反映多目标函数之间的制约性,性能最优参数方案与经验参数方案相比在增加舵机能耗的前提下能获得更高的航迹跟踪精度和更好的减摇效果。 展开更多
关键词 船舶工程 航迹保持 舵减摇 闭环增益成形 协同优化 NSGA—II
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规则纵浪中船舶参数激励横摇运动的鲁棒控制
16
作者 马磊 张显库 《中国航海》 CSCD 北大核心 2012年第4期54-57,共4页
为有效控制船舶在参数横摇运动中的失稳状态,根据规则纵浪中船舶参数横摇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。采用精确反馈线性化方法将纵浪中船舶参数横摇系统的非线性模型线性化,然后用闭环增益成形算法设计... 为有效控制船舶在参数横摇运动中的失稳状态,根据规则纵浪中船舶参数横摇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。采用精确反馈线性化方法将纵浪中船舶参数横摇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。在考虑不同的干扰和模型摄动情况后进行了仿真试验。仿真结果表明该控制策略对于船舶参数横摇系统十分有效,且鲁棒性能令人满意。算法的设计过程简单,物理意义明显。 展开更多
关键词 水路运输 船舶参数横摇 非线性鲁棒控制 精确反馈线性化 闭环增益成形
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模型预测控制在船舶动力定位模拟器中的应用 被引量:2
17
作者 钱小斌 尹勇 +1 位作者 张秀凤 孙霄峰 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第10期2620-2625,共6页
针对船舶动力定位模拟器中控制仿真系统的需要,提出了将含有积分器的模型预测控制算法应用于模拟器中。船舶动力定位模拟器主要用于动力定位操作人员的培训和适任评估,目前国内尚未开发出具有自主知识产权、功能完备的动力定位模拟器,... 针对船舶动力定位模拟器中控制仿真系统的需要,提出了将含有积分器的模型预测控制算法应用于模拟器中。船舶动力定位模拟器主要用于动力定位操作人员的培训和适任评估,目前国内尚未开发出具有自主知识产权、功能完备的动力定位模拟器,主要铱赖于国外进口。动力定位控制器是模拟器的核心技术之一,决定了模拟器的品质。考虑到来知缓变的海洋环境扰动对船舶的影响以及船舶推力的限制,设计了采用含有比例积分器的船舶动力定位模型预测控制器。该控制器能够使船舶在约束条件下克服外界扰动,到达并保持在期望位置。以一艘供给船为研究对象验证了算法的有效性。 展开更多
关键词 动力定位模拟器 模型预测控制 约束 扰动
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基于集中质量法的锚泊系统动力学仿真 被引量:3
18
作者 朱忠显 尹勇 神和龙 《中国航海》 CSCD 北大核心 2015年第4期38-42,共5页
为研究锚泊系统的动力学特性,基于集中质量法建立锚泊系统的动力学模型,并采用四阶龙格-库塔法进行数值解算。在锚泊线顶端施加水平方向的激励,研究其在不同激励幅值和频率下的运动响应。针对锚泊线的时间和空间离散程度对计算结果有很... 为研究锚泊系统的动力学特性,基于集中质量法建立锚泊系统的动力学模型,并采用四阶龙格-库塔法进行数值解算。在锚泊线顶端施加水平方向的激励,研究其在不同激励幅值和频率下的运动响应。针对锚泊线的时间和空间离散程度对计算结果有很大影响的情况,在时间步长已定的情况下,根据稳定性条件给出稳定解算的空间步长。为减少动力学模型数值解算的计算冗余和提高仿真的实时性,对解算过程进行优化,在保证稳定的前提下简化解算过程。优化后的模型解算时间减少30%,进一步简化后减少76%,并能保证稳定和计算精度,说明所采取的优化和简化技术是成功和有效的。 展开更多
关键词 船舶工程 锚泊系统 动力学仿真 集中质量法 优化和简化
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船用柔性绳索收绞的过程仿真 被引量:2
19
作者 梁民仓 尹勇 《船海工程》 北大核心 2017年第1期157-161,共5页
针对航海领域相关仿真系统中尚未涉及绞缆机收绞缆绳的模拟过程,以及柔性绳索收绞时的碰撞检测会产生不稳定现象的问题,采用改进的结构-弯曲弹簧模型模拟柔性绳索并进行三维可视化,提出一种改进的圆柱螺旋线算法。通过预先计算出绳索每... 针对航海领域相关仿真系统中尚未涉及绞缆机收绞缆绳的模拟过程,以及柔性绳索收绞时的碰撞检测会产生不稳定现象的问题,采用改进的结构-弯曲弹簧模型模拟柔性绳索并进行三维可视化,提出一种改进的圆柱螺旋线算法。通过预先计算出绳索每一个质点在卷筒上的位置坐标,并在收绞时为即将绞上卷筒的绳索质点位置赋值,调整质点间的朝向和旋转角度以避免出现不正常扭曲现象。通过使用卷筒收绞缆绳和锚链的仿真实验对算法的可靠性和通用性进行了验证。 展开更多
关键词 柔性绳索 结构-弯曲弹簧模型 三维可视化 圆柱螺旋线 卷绕
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锚操作仿真系统的研究
20
作者 朱忠显 尹勇 神和龙 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2009-2016,共8页
锚操作模拟器能够为科研人员和受训的锚操作人员提供一个良好的可视化平台,对改善工作环境和提高工作效率有非常重要的意义。为搭建锚操作场景仿真系统,基于集中质量法建立了锚泊系统的动力学模型,并在航海模拟器的基础上加入海洋平台... 锚操作模拟器能够为科研人员和受训的锚操作人员提供一个良好的可视化平台,对改善工作环境和提高工作效率有非常重要的意义。为搭建锚操作场景仿真系统,基于集中质量法建立了锚泊系统的动力学模型,并在航海模拟器的基础上加入海洋平台和锚作船的运动数学模型;利用OSG(Open Scene Graph)场景管理引擎,并采用一系列可视化方法与技术实现锚操作过程的仿真,形成一套基于物理的锚操作场景仿真软件。仿真系统包括数学模型解算模块、场景仿真模块和用户交互模块。系统的测试结果表明仿真效果、实时性和稳定性均能够满足锚操作模拟器的要求。 展开更多
关键词 锚操作模拟器 锚泊系统 动力学仿真 集中质量法
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