基于自适应神经模糊推理系统的船舶航向自抗扰控制

在实际的船舶航向控制中,航向系统在受到外界风浪干扰时表现出的模型非线性和参数不确定性,为航向控制器的设计带来了困难。针对该问题,设计了常规的线性自抗扰控制器和两种在线学习的自抗扰控制器。利用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)实现自抗扰控制器参数的在线调整,设计了自适应PD的自抗扰控制器和自适应扩张状态观测器(ESO)的自抗扰控制器;分别在船舶受到外界扰动和参数摄动的两种情况下进行了仿真,仿真表明自适应自抗扰控制器控制效果更好,抗扰能力更强,表现出较强的鲁棒性。     

动力定位船舶纵向运动的反步法控制器设计

本文研究了动力定位系统的控制策略,针对船舶动力定位系统模型的非线性特性,考虑到风浪流等外部环境扰动对船舶引起的恒值干扰及其不确定性,基于带有未知定常扰动的三自由度非线性船舶水面运动数学模型,应用自适应反步法设计船舶动力定位控制律,将Lyapunov函数选取和控制器设计相结合的回归设计方法,并在MATLAB软件环境下通过仿真研究验证模型和控制策略的有效性。在计算机仿真研究中,以26:1比例建造的2800mm×762mm×498mm船模为设计实例。     

基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法研究

针对一类非线性系统在持续扰动下的控制问题,设计基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法。首先,引入U模型方法进行被控对象建模,提高处理非线性系统的能力,结合自抗扰控制方法,设计基于U模型的改进自抗扰控制器。在非线性反馈环节引入模糊免疫方法实现非线性智能反馈,设计基于U模型的模糊免疫自抗扰控制系统。最后仿真实验表明：基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法在保持了基于U模型的自抗扰控制的简洁性和良好抗扰性能的基础上,简化了控制器参数调节过程,在持续未知扰动下的跟踪速度、精度都更优。     

基于自抗扰控制器的力矩电机伺服系统控制

自抗扰控制器能将被控对象的内、外“总扰动”进行估计并用前馈补偿的方法将其抵消,适于力矩电机因直接驱动所带来干扰的补偿与控制;针对测量噪声对线性自抗扰控制器观测器带宽的限制,提出了二阶线性自抗扰的相似结构,并结合三阶积分链式微分器对其效果进行了对比仿真验证;力矩电机的控制仿真实验表明,与二阶线性自抗扰算法相比,基于相似结构的改进的力矩电机控制,能在有测量噪声情况下兼顾系统跟踪精度、突加负载时抗扰动性.     

船舶动力定位海洋环境风力扰动仿真

在海洋环境对船舶动力定位系统影响的研究中,动力定位系统控制器的优化设计,可保证船舶控制系统的稳定性和跟踪精度。为了有效地量化风力扰动对动力定位船舶的影响,建立风力扰动的数学模型,根据Harris风速变动功率谱和一种新型风压系数计算方法,基于Matlab软件平台建立关于风力扰动的仿真平台,可应用于模拟任意风速和风向条件下的海洋环境对动力定位船舶的风扰动力和力矩。以一艘供给船为例,设定不同的风速、风向角值,在所建立仿真平台上进行仿真计算,仿真结果证明风力扰动建模策略的有效性,仿真平台可用于船舶动力定位系统控制器设计的仿真验证,具有很好的通用性、实时性和逼真性。     

基于自抗扰理论的无人机横侧向解耦控制研究

为了改善传统PID控制方法设计的无人机横侧向解耦控制系统的性能,根据无人机横侧向数学模型和自抗扰控制解耦理论,设计了自抗扰解耦控制系统;基于自抗扰控制器参数整定方法完成了控制参数的设计,并通过Simulink仿真给出了滚转角及侧滑角扰动下的响应曲线;仿真结果表明,自抗扰解耦控制系统比传统PID方法设计的解耦控制系统能更快地趋向稳定,而且稳态误差更小,证明了与采用传统方法设计的系统相比,采用ADRC技术解耦后的无人机横侧向系统具有更强的抗扰动性和鲁棒性。     

无人直升机航向自抗扰控制

针对无人直升机系统航向通道扰动大等问题,本文设计了一种自抗扰控制算法来实现其高性能控制.首先分析了航向通道的动态模型,并通过数学变换,将其转化为一类二阶系统;在此基础上,本文设计了适用于无人机航向通道的自抗扰控制策略,它由跟踪微分器、扩展状态观测器、控制器3个环节构成.本文对所设计的自抗扰控制策略进行了仿真和实验测试,并与常见的串级控制方法进行了对比分析.仿真与实验结果表明:这种自抗扰控制策略具有对扰动抑制能力强、控制精度高等优点,其控制性能明显优于常规的串级比例–积分–微分控制方法.     

无刷双馈电机自抗扰控制方法

针对无刷双馈电机非线性强耦合特性, 提出一种实现其高性能控制的自抗扰控制方法. 在控制电机同步坐标系下, 设计磁链自抗扰控制器和转速自抗扰控制器, 对系统内部的耦合影响和系统外部扰动进行观测和补偿, 实现非线性系统线性化控制. 该控制器具有较强的鲁棒性, 且不依赖电机模型. 仿真对比结果表明, 自抗扰控制器能够准确地估计和补偿系统的内外扰动, 控制精度高, 抗扰能力强, 能够实现磁链和电磁转矩的解耦, 进而实现磁链和转速相互独立控制, 是一种简单有效的高性能控制方法.

     

波浪作用下船舶航向自抗扰控制设计及参数配置

针对具有内部参数不确定性和外部扰动的海上船舶设计了航向自抗扰控制器,并解决了舵机模型中舵角的限幅和限速问题,基于滑模控制理论提出了反馈控制带宽的计算方法.采用频域分析的方法,系统地分析了自抗扰控制器对外部波浪扰动的抑制能力、模型参数不确定时的鲁棒性;结合作者实船工作经验以及系统动态特性与控制参数的关系,提出了船舶航向控制器参数的配置规律;最后以一艘57000吨级散货船为控制对象,验证了航向控制器的鲁棒性和本文所述参数配置规律的有效性.为将自抗扰控制算法应用于船舶自动舵设计提供理论依据和实践参考.     

浊度大时滞过程的预测自抗扰控制器设计

待滤水浊度过程涉及复杂的物理、化学反应,具有明显的大时滞、不确定性和干扰多等特点,一直是制水行业公认的难控系统.针对其干扰多和不确定性特点,采用自抗扰控制来主动实时估计扰动并进行补偿;针对其大时滞特点,采用预测控制对输出提前预报来弥补大时滞系统中的信息不及时,从而得到一种既具信息预估又具主动补偿总扰动的预测自抗扰控制器.本文重点分析了预测自抗扰控制器的性能,给出了时滞系统在该控制器作用下的开环频率参数求取方法及简单实用的参数整定公式,最后将其与几种常见控制器进行了仿真比较.仿真结果表明:预测自抗扰控制器具有良好的抗扰恢复能力和设定值跟踪能力,且参数整定容易,具有简单、好用且有效等特点,为该控制器的工业化应用提供了积极的指导作用.     

一种无人船动力定位跨平台实时控制模型

为了更好地将实时控制算法应用于无人船的自动导航,针对以往跨平台实时控制的数据类型不统一、通信不可靠等问题,根据日本国立水产工学研究所进行无人船水池实验的研究模式,建立一种基于用户数据报协议(UDP)的远程控制模型,该模型在服务器端使用python编写,在客户端使用Matlab/Simulink.为验证控制的实时性,在实验水池进行基于自抗扰控制技术的航向控制实船实验,同时验证所设计控制系统的实时性和控制算法的有效性.在系统测试时,采用基于RBF神经网络抗扰算法对无人船动力定位系统进行仿真,并对所设计的控制器进行稳定性分析.仿真实验结果表明,应用不同编程环境进行复杂远程控制UDP通信是平稳的,过程控制结果令人满意,为后续进行复杂无人船实船实验奠定了基础.     

船舶动力定位系统的精细抗干扰控制

船舶在航行过程中不可避免地受到海平面上多种干扰的影响.动力定位(DP)是一种船舶在受到外界干扰的情形下依然能够保持在一定位置或沿固定轨迹航行的技术.与传统的锚定位方法相比,DP技术具有机动性强、可深海作业、定位精度高等优点.针对带有慢变环境干扰和复杂非线性项的船舶动力定位系统,研究其精细抗干扰控制问题.首先,利用模糊逻辑系统逼近船舶动力定位系统中的复杂非线性项.其次,通过构造自适应干扰观测器(ADO)来估计部分信息已知的慢变环境干扰.在此基础上,将基于干扰观测的控制(DOBC)与模糊控制算法相结合,提出基于复合分层抗干扰控制框架的精细抗干扰控制(EADC)策略,从而实现船舶动力定位系统的高精度抗干扰控制.最后,基于供给船模型的仿真研究验证所提控制策略的有效性.     

带有推进器故障的船舶动力定位系统的鲁棒滑模容错控制

由于海洋工作环境具有复杂性和不可预测性,船舶动力定位系统的可靠性一直备受关注.针对带有推进器故障的船舶动力定位系统的鲁棒容错控制问题展开研究.首先,建立更一般且统一的推进器故障模型,该模型能全面描述推进器失效、卡死、中断3种故障情形;然后,设计一种不依赖故障检测模块(FDI)和故障信息上下界的自适应滑模控制器, 其中自适应机制用于在线估计故障信息和未知外部扰动的上界,基于李雅普诺夫稳定性理论和滑模控制理论,所设计的自适应滑模控制器能保证船舶动力定位系统在有推进器故障发生和海洋环境外部有界扰动存在情况下的所有信号一致有界;最后,在一艘过驱动船舶模型上进行仿真,其结果验证了所设计方法的有效性.     

船舶动力定位非线性自适应反步控制器设计

针对扰动不确定非线性船舶动力定位问题,提出了一种带观测器的不确定扰动非线性船舶动力定位自适应输出反馈控制.设计了一个非线性观测器,从附有噪声的输出中估计出船舶位置以及运动速度.用滤波后的位置信号,针对扰动不确定非线性船舶设计带观测器的自适应反步控制器,该控制在Backstepping设计方法的基础上引入积分环节,对存在未知参数和动态不确定扰动的船舶能有效的改善系统性能.根据Lyapunov稳定性理论证明所设计的控制器是全局渐近稳定的,仿真结果验证了该方法的有效性.     

基于特征融合的可见光图像舰船检测新方法

该文以可见光图像舰船目标为研究对象,提出了用多谱图像和全色图像进行特征融合来检测舰船目标的方法。该方法首先利用多谱图像实现水域和陆地的分离,然后把分类结果映射到全色图像上从而实现在全色图像上区分水域和陆地;屏蔽陆地后用Otsu方法分别在多谱图像和全色图像上对目标进行分割,并提取目标特征,最后对目标特征进行融合来检测舰船目标。实验证明该方法有效可行。     

DYNAMIC POSITIONING CONTROL OF SHIPS VIA RELAY OBSERVER DESIGN

A dynamically positioned ship maintains its position (fixed location or predetermined track) exclusively by means of active thrusters. In this paper, a control scheme for dynamic positioning control of ships using a relay observer design is presented. Our analysis relies on nonsmooth strict Lyapunov functions to demonstrate global asymptotic stability of the closed‐loop system equilibrium. Using simulation results we illustrate the good performance of the proposed scheme under noisy ship position measurements.     

信息作战环境下舰船无源定位系统设计与实现

信息作战环境下,对我方舰船位置坐标与敌方舰船所在地理位置坐标进行准确、快速定位是定位系统设计的必备条件;传统舰船上使用的舰船定位系统存在定位源信号追踪稳定性差、恶劣环境下的定位信号搜索域范围小、定位波反干扰性差等一系列的问题;通过深度的研究分析,提出信息作战环境下舰船无源定位系统设计;采用三维立体空间定位单元、广域GPNS信号检索模组与谐波振频反干扰技术,实现作战环境下舰船无源定位系统设计;对作战环境下舰船无源定位系统的设计进行仿真实验测试;仿真实验测试证明,提出的信息作战环境下舰船无源定位系统设计具有定位速度快、坐标定位准、定位源抗干扰性强的优点,满足当今恶劣的信息作战环境,能够达到无源定位的目的。     

船舶典型结构构件损耗因子试验研究

损耗因子是衡量系统阻尼特性并决定其振动能量耗散能力的重要参数,对船舶振动噪声传递和预报分析都具有重要影响。针对船舶结构特点,选择横舱壁板架、舭部外板板架和船底外板板架等舰船典型结构建立试验模型,采用瞬态衰减法对舰船典型结构损耗因子进行测试,并分析舰船典型结构构件损耗因子变化规律。通过测试典型结构构件损耗因子,为舰船结构噪声数值计算方法提供系统参数输入,也为舰船典型结构损耗因子数据库提供初步积累。     

考虑伺服系统增益不确定的船舶动力定位自适应有限时间控制

针对全驱动水面船舶动力定位控制问题,假设船舶模型参数摄动和外部扰动的上界已知,通过构造误差信号的非奇异终端滑模面（Non-singular terminal sliding mode,NTSM）提出了一种自适应终端滑模的控制方法.同时考虑伺服系统增益不确定问题,对未知的推力系数矩阵的倒数进行参数自适应,确保设计的控制器能使得船舶的位置及艏向角在有限时间内收敛于期望值,且能保证闭环系统实际有限时间稳定（Practical finite-time stable,PFS）.利用一艘供给船进行数值仿真研究,说明了设计的船舶动力定位自适应终端滑模控制律的有效性.     

基于单景高分四号卫星多光谱影像的舰船运动特征检测

高分辨率地球同步轨道（GEO）遥感卫星技术能够在短时间内对大范围海域进行高频重复监测，有望近实时地获取海上舰船运动特征。以广东省珠江伶仃洋的南部海域为研究区，基于单景高分四号卫星多光谱影像，使用梯度阈值方法对海上运动舰船进行检测，结果表明：①利用单波段高分四号多光谱影像能够检测出船位与航向，船位平均误差为80.46 m（相当于1.61个图像分辨单元），航向检出率为74.36%，航向绝对误差为8.65°。②利用单景高分四号影像能够检测出航向与船速，航向精度为98.96%，平均绝对误差为8.78°，船速精度为83.0%，平均绝对误差为1.41 m/s。研究表明高分四号卫星能够用于海上舰船近实时遥感监测，在海上舰船运动特征检测方面具有独特优势和巨大的应用潜力。