具有未知谐波干扰的船舶动力定位自适应控制 被引量：1

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作者 李磊 王瑞 +2 位作者 巩庆涛 胡鑫 滕瑶 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第1期76-81,共6页

针对具有未知谐波干扰的船舶动力定位控制问题,设计自适应干扰抵消控制策略。海洋环境扰动被表示为参数未知且系统矩阵所有特征值位于虚轴上外部系统的输出向量,构造观测器提供外部系统状态向量的在线估计值,使船舶扰动补偿转化为自适... 针对具有未知谐波干扰的船舶动力定位控制问题,设计自适应干扰抵消控制策略。海洋环境扰动被表示为参数未知且系统矩阵所有特征值位于虚轴上外部系统的输出向量,构造观测器提供外部系统状态向量的在线估计值,使船舶扰动补偿转化为自适应控制问题。利用自适应动态面控制设计干扰抵消控制律,指令滤波器和辅助动态系统被引入降低输入饱和的影响。理论证明控制律能够使得船舶位置和航向角保持在期望值上,同时保证闭环动力定位控制系统所有信号一致最终有界。仿真结果验证了自适应干扰抵消控制的有效性。 展开更多

关键词 船舶 动力定位 自适应内模观测器 指令滤波器 动态面控制

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基于事件触发机制的船舶补给同步抗干扰控制

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作者 胡鑫 巩庆涛 +2 位作者 祝贵兵 韩国杰 王媛 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第5期87-94,共8页

[目的]针对多变海洋环境下补给船与被补给船补给作业同步航行控制问题,考虑风浪流引起的海洋环境干扰、船间效应导致的干扰、两船软连接相互作用,提出事件触发下基于干扰估计和补偿的同步抗干扰控制方法。[方法]将补给船受到的干扰建模... [目的]针对多变海洋环境下补给船与被补给船补给作业同步航行控制问题,考虑风浪流引起的海洋环境干扰、船间效应导致的干扰、两船软连接相互作用,提出事件触发下基于干扰估计和补偿的同步抗干扰控制方法。[方法]将补给船受到的干扰建模为一阶马尔科夫过程,描述风浪流引起的海洋环境干扰和未建模动态,将船间效应导致的干扰和两船软连接相互作用等均集中为未建模动态,构造干扰观测器在线估计时变未知有界干扰,在控制设计中利用干扰在线估计值对干扰进行补偿,抵消干扰和不确定性对航行补给控制的影响,设计辅助动态系统来减少推进器控制饱和的影响,引入事件触发机制降低推进器执行频率以避免其过度磨损。[结果]仿真结果表明,本文提出的事件触发机制存在大于0的最小采样间隔且不会在有限时间内发生无限次触发。该控制器可实现补给船与被补给船同步航行,保证控制系统所有信号全局一致最终有界。[结论]仿真结果验证了事件触发干扰估计和补偿控制的有效性。 展开更多

关键词 同步航行 扰动估计 矢量反步法 辅助动态系统 事件触发

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基于匙孔传热与能量衰减的半物理半智能热源模型

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作者 胡广旭 高靖 +2 位作者 刘洋 丁人杰 巩庆涛 《焊接学报》 北大核心 2025年第6期89-97,共9页

激光焊热源模型目前主要以随几何区域分布能量密度的形式加载,其模型准确性与能量分布的几何区域尺寸密切联系,但缺少与激光工艺参数和物理机制的映射关系,难用于构建激光工艺装备的数字孪生技术.针对该问题,文中探索一种基于激光焊匙... 激光焊热源模型目前主要以随几何区域分布能量密度的形式加载,其模型准确性与能量分布的几何区域尺寸密切联系,但缺少与激光工艺参数和物理机制的映射关系,难用于构建激光工艺装备的数字孪生技术.针对该问题,文中探索一种基于激光焊匙孔传热与能量衰减的半物理半智能热源模型,首先,依据激光焊匙孔形成的传热物理机制,通过算法确定激光能量分布的非线性几何区域;然后,面向随激光沿材料深度方向的吸收率衰减现象,定义基于知识的非线性衰减曲线参量,用于表达激光能量的衰减部分规律,通过上述两者组合,实现半物理半智能热源模型的建立.结果表明,通过316L不锈钢激光焊的试验与模拟,验证了热源模型的合理性与准确性,探究了热源模型参数与激光功率、离焦量、焊接速度的映射关系,为激光焊接工艺数字孪生实现奠定基础. 展开更多

关键词 激光焊接 热源模型 匙孔传热 能量衰减

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改进EMD结合4th⁃HEO的客滚船柴油机复杂信号振动特征提取方法 被引量：1

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作者 李康强 王海鹏 +2 位作者 孙彦刚 巩庆涛 欧书博 《振动工程学报》 北大核心 2025年第1期109-116,共8页

针对客滚船柴油机机械系统的复杂机构与运转特性,提出一种多分量非线性振动信号分解及振动特征参数提取策略。为提高动力学参数提取鲁棒性,提出采用延拓经验模态分解(extension‐EMD)方法分解信号以规避端点效应,利用自相关函数提取包... 针对客滚船柴油机机械系统的复杂机构与运转特性,提出一种多分量非线性振动信号分解及振动特征参数提取策略。为提高动力学参数提取鲁棒性,提出采用延拓经验模态分解(extension‐EMD)方法分解信号以规避端点效应,利用自相关函数提取包含最大特征的敏感分量,利用四阶能量算子(4th‐HEO)幅值解调提取敏感分量的特征频率及其幅值,得到柴油机动力学特征与运行规律的关系;通过仿真信号验证方法的准确性,通过实船测试零负荷和满负荷运行工况下的三向振动信号验证方法的有效性。研究结果表明,垂向信号的表现特征较其他方向信号表现力更佳。对于9缸4冲程柴油机而言,其0.5倍频和4.5倍频的幅值非常突出,且对负载变化影响更加敏感。 展开更多

关键词 故障诊断 柴油机 改进EMD 4th‐HEO

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基于改进生物迁徙算法的双资源柔性作业车间节能调度问题 被引量：5

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作者 刘璐 宋海草 +2 位作者 姜天华 邓冠龙 巩庆涛 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期3125-3141,共17页

节能调度是面向绿色制造的车间调度问题,已成为制造领域的研究热点。针对具有机器和工人双资源约束的柔性作业车间,综合考虑工人学习效应和工件运输时间的影响,以最小化车间能耗为目标,提出一种改进的生物迁徙算法(MBMA)。该算法采用基... 节能调度是面向绿色制造的车间调度问题,已成为制造领域的研究热点。针对具有机器和工人双资源约束的柔性作业车间,综合考虑工人学习效应和工件运输时间的影响,以最小化车间能耗为目标,提出一种改进的生物迁徙算法(MBMA)。该算法采用基于工件-机器-工人的三段式编码方法表示调度解,并设计了一种种群初始化方法,以改善初始调度解的质量。考虑到基本生物迁徙算法无法直接应用于离散车间调度问题,提出一种基于交叉操作的离散迁徙算子,使算法能够直接在离散调度空间内进行搜索。此外,在迁徙算子中引入转换概率动态调整策略,以平衡算法探索与开发能力,另外增加了一种记忆池机制,避免算法过早收敛。对于个体更新算子,设计了一种局部搜索算法嵌入其中,以增强算法局部搜索能力。大量实验结果表明,MBMA算法的计算结果优于其他算法。 展开更多

关键词 双资源约束 工人学习效应 工件运输时间 柔性作业车间 节能调度 生物迁徙算法 绿色制造

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基于慢特征分析与最小二乘支持向量回归集成的草酸钴合成过程粒度预报

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作者 张晗 张淑宁 +1 位作者 刘珂 邓冠龙 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期2313-2321,共9页

草酸钴合成过程是钴湿法冶炼的关键单元操作,其粒度分布是重要的质量指标,然而难以在线实时测量。同时,草酸钴合成过程通常存在非线性、多约束和慢时变特征。因此,提出一种集成慢特征分析(slow feature analysis,SFA)与最小二乘支持向... 草酸钴合成过程是钴湿法冶炼的关键单元操作,其粒度分布是重要的质量指标,然而难以在线实时测量。同时,草酸钴合成过程通常存在非线性、多约束和慢时变特征。因此,提出一种集成慢特征分析(slow feature analysis,SFA)与最小二乘支持向量回归(least square support vector regression,LSSVR)的草酸钴粒度预报模型对草酸钴合成过程质量指标实现在线测量。在该方法中,首先,SFA方法可以有效地捕获过程的慢特征向量,解决慢时变问题;然后,利用LSSVR方法建立慢特征与粒度之间的非线性关系模型,进而实现质量指标在线预报。最后,应用非线性的数值案例以及草酸钴合成过程数据,验证该方法的有效性。实验结果显示:相较于单一的径向基函数神经网络(radial basis function neural network,RBFNN)、LSSVR预测模型以及SFA与NN相结合的预报模型,所提方法在数值案例中的预测精度分别提升了13.31%、2.26%、1.72%;在草酸钴合成过程中的预测精度分别提升了13.27%、9.96%、8.92%。 展开更多

关键词 草酸钴合成过程 软测量 慢特征分析 最小二乘支持向量回归 化学过程 预测 神经网络

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风浪与冲击载荷作用下海上火箭发射船运动响应研究

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作者 韩彦青 楚胜涛 +2 位作者 巩庆涛 孙忠玉 杜正发 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期1339-1346,共8页

海上火箭发射船在海洋环境载荷与发射冲击载荷作用下将发生复杂的非线性运动响应,对火箭发射的安全性有着至关重要的影响。本文基于三维势流理论研究不同海况风浪与冲击载荷作用下某海上火箭发射船的运动响应特性,并分析船舶有无动力定... 海上火箭发射船在海洋环境载荷与发射冲击载荷作用下将发生复杂的非线性运动响应,对火箭发射的安全性有着至关重要的影响。本文基于三维势流理论研究不同海况风浪与冲击载荷作用下某海上火箭发射船的运动响应特性,并分析船舶有无动力定位系统、发射点火时间的选择等因素对发射船运动特性的影响。结果表明:发射冲击载荷对船舶的纵摇运动影响较大,尤其是在风浪方向和船舶方向平行时,纵摇角较大;动力定位系统的存在会增加发射船的横摇角度;发射点火时间选择在发射船纵摇运动即将达到极值并折返的时刻,可减小发射船纵摇运动对火箭起飞姿态的影响。 展开更多

关键词 海上发射 冲击 运动响应 风浪载荷 动力定位系统

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运载火箭海上发射起竖系统后倒动力学仿真研究

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作者 韩彦青 李兆犇 +3 位作者 刘江雪 常志国 巩庆涛 孙忠玉 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2024年第6期1-10,共10页

因运载火箭海上发射存在起飞时火箭撞击起竖系统支撑架的可能,通常在发射前需要对起竖系统后倒一定角度让出火箭漂移空间,而海上发射船随风浪产生的摇荡运动将对起竖系统后倒过程产生不利影响。基于多体动力学原理建立海上发射起竖系统... 因运载火箭海上发射存在起飞时火箭撞击起竖系统支撑架的可能,通常在发射前需要对起竖系统后倒一定角度让出火箭漂移空间,而海上发射船随风浪产生的摇荡运动将对起竖系统后倒过程产生不利影响。基于多体动力学原理建立海上发射起竖系统后倒动力仿真模型,以某型号发射船在不同海况等级、不同风浪方向下的非线性六自由度耦合运动为边界条件,研究其对起竖系统后倒过程中油缸出力、起竖架支座铰接力、支撑架典型截面内力变化的影响。研究结果表明:在风浪方向角度较大海况下整个后倒过程中,两油缸出力波动变化显著,同步性变差,且存在由推力转为拉力的情况;随海况等级、风浪方向角度的增大,起竖架支座铰接力的波动变化随之增大;支撑架典型截面内力在不同海况、风浪方向下围绕其重力值上下波动变化,在风浪方向角度较大时侧向力增大显著。研究结果可为运载火箭海上发射起竖系统后倒的安全和稳定性提供一定参考。 展开更多

关键词 多体动力学 动平台 耦合运动 起竖系统后倒 海上发射

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微穿孔—蜂窝吸声结构参数优化设计与分析

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作者 张磊 谢芳 +3 位作者 张城森 杨颖慧 桂洪斌 巩庆涛 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第11期63-69,共7页

微穿孔—蜂窝结构的吸声性能主要受微孔板厚度、微孔直径、穿孔率、微孔形状、背后空腔、蜂窝形状、蜂窝芯层高度、蜂窝蜂房边长和壁厚等参数的影响。本文以共振频率、吸声系数峰值、平均吸声系数和理论吸声带宽等指标作为衡量标准来判... 微穿孔—蜂窝结构的吸声性能主要受微孔板厚度、微孔直径、穿孔率、微孔形状、背后空腔、蜂窝形状、蜂窝芯层高度、蜂窝蜂房边长和壁厚等参数的影响。本文以共振频率、吸声系数峰值、平均吸声系数和理论吸声带宽等指标作为衡量标准来判断这些参数对微穿孔—蜂窝结构吸声性能的影响。同时建立了有限元模型对分析结果进行了验证,并通过设计不同参数的正交试验分析了各因素之间的相互影响以及主次关系。 展开更多

关键词 微穿孔 蜂窝结构 吸声 正交试验

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基于WOA-BP模型的船舶横摇运动极短期预报

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作者 牟新宇 胡丽芬 +2 位作者 姜逸凡 孔梦宇 刘洁 《舰船科学技术》 2025年第16期83-90,共8页

为了提高船舶在随机海况下运动的预测精度,本文提出一种基于鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)优化的BP神经网络(WOA-BP)模型,用于船舶横摇运动的极短期预报。该模型在传统BP神经网络的基础上,融合了WOA的高效全局搜索能... 为了提高船舶在随机海况下运动的预测精度,本文提出一种基于鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)优化的BP神经网络(WOA-BP)模型,用于船舶横摇运动的极短期预报。该模型在传统BP神经网络的基础上,融合了WOA的高效全局搜索能力,以优化网络参数,从而提升预测的准确性和收敛速度。通过对一艘17000 DWT油船运动的极短期预测,验证了WOA-BP模型在船舶横摇角、横摇角速度及横摇角加速度预测方面的高精度和泛化能力。通过与AQWA软件计算结果的对比分析,表明WOA-BP模型的预测频率响应与AQWA结果具有高度一致性,且预测性能显著优于传统BP神经网络,进一步验证了所提方法在船舶横摇预测方面的准确性和可靠性。本研究可望为船舶运动预测和控制提供一定的理论基础。 展开更多

关键词 BP神经网络 鲸鱼优化算法 横摇运动 运动预测 频率响应

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基于延拓EMD和GDE识别瞬时阻尼比的行星齿轮箱故障诊断 被引量：8

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作者 李康强 冯志鹏 +1 位作者 孙宏图 神克常 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第24期29-35,共7页

瞬时阻尼比可以描述机械系统在运行过程中的能量衰减,而故障产生的能量突变同样反映在瞬时阻尼比的变化波动中。基于此,提出一种通过提取瞬时阻尼比的变化特征来诊断系统故障的方法。利用经验模式分解(empirical mode decomposition,EMD... 瞬时阻尼比可以描述机械系统在运行过程中的能量衰减,而故障产生的能量突变同样反映在瞬时阻尼比的变化波动中。基于此,提出一种通过提取瞬时阻尼比的变化特征来诊断系统故障的方法。利用经验模式分解(empirical mode decomposition,EMD)将复杂信号分解为单分量成分以满足生成微分方程(generating differential equation,GDE)算法需求;同时,利用对称延拓消除EMD结果的端点效应,根据行星齿轮箱振动信号的特点选取合适的本质模函数(intrinsic mode function,IMF)作为敏感分量;最后利用GDE计算敏感分量的瞬时阻尼比,并根据瞬时阻尼比频谱匹配故障特征频率。仿真结果和试验结果均表明该方法能够有效地诊断行星齿轮箱故障。 展开更多

关键词 延拓经验模式分解(EMD) 生成微分方程(GDE) 瞬时阻尼比 行星齿轮箱

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中等水深10MW张力腿浮式风机基础设计及结构动力特性研究 被引量：2

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作者 韩彦青 巩庆涛 +1 位作者 徐胜男 楚胜涛 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2023年第10期1517-1528,共12页

针对我国东南部海域中等水深(以60 m水深为例)及环境载荷特点,本文基于某10 MW海上风机,提出了一种小水线面、浅吃水、可自浮整体拖航运输安装的张力腿浮式风机基础结构。通过基础结构主要参数的优化设计及对其在工作海况和极端海况下... 针对我国东南部海域中等水深(以60 m水深为例)及环境载荷特点,本文基于某10 MW海上风机,提出了一种小水线面、浅吃水、可自浮整体拖航运输安装的张力腿浮式风机基础结构。通过基础结构主要参数的优化设计及对其在工作海况和极端海况下的结构动力响应进行研究,验证其适宜性。研究结果表明,水深较浅会导致系泊系统较短,基础纵荡自振频率接近常见波浪频率范围,可能产生较大的共振响应,在不改变结构质量的情况下,可通过增大下部边立柱及浮筒的高度、减小其宽度以增大结构纵荡附加质量;当预张力较大时,纵荡自振频率较大,可能与一阶波浪载荷发生共振;应合理设置浮式风机基础质量,当基础质量较小时,可能引起较大的结构动力响应。 展开更多

关键词 浮式风机 张力腿 自振频率 中等水深 动力响应

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