基于谱估计方法的船舶纵向运动建模预报研究

根据船舶在随机海浪作用下运动姿态的潜周期性,基于谱估计方法对海浪扰动下的船舶纵摇运动进行建模预报研究。首先分析了船舶纵向运动的随机性和潜周期性。介绍了基于谱估计的建模原理,提出了平滑周期图算法。最后对船舶纵向运动预报进行仿真研究。根据仿真结果及误差分析可知摹于谱估计方法的船舶纵摇运动建模预报是可行的。     

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。     

船舶运动状态下风速风向测量补偿与数字仿真

为了研究船舶运动状态下的风速风向精确测量,设计了一种船舶风速风向动态测量及误差补偿的数字仿真系统。通过对船舶航行状态下的风速风向测量原理进行分析,建立了船舶平面运动的相对风速风向和真风风速风向的解算模型,并根据船舶空间运动的风速风向测量及其误差补偿算法,对船舶横摇、纵摇状态下的风速风向的动态测量和误差补偿进行了数字仿真。数字仿真结果表明,该方法能够消除船舶航行时的运动姿态对风速风向测量带来的影响,为船舶的操纵控制和航行安全提供了精确和可靠的风速风向数据信息。     

船舶运动建模及预报方法的研究

本文叙述了船舶运动艏前波法预报所做的研究工作,艏前波预报方法看来是解决船舶运动预报比较切实可行的方法,它是利用舰船本身的摇摆观测数据和舰船艏前海浪的观测数据,对舰船摇摆建模及预报,文中讨论了船舶在波浪中的运动艏前波模型动态建模与预报方法,为了改善和提高预报的精度和可靠性,进行预报前,对实船试验所采集信号做实时在线预处理和滤波处理,同时进行参数辨识,定阶,然后进行拟合建模和预报,对多组实船试验的信号实时的在线进行比较,获得比较令人满意的结果,在提高预报精度,增加舰舰载机着舰的完全性和扩大海况使用范围等方面,具有比较高的实用价值。     

基于模糊控制的船舶自动导航仿真系统

在介绍船舶运动特性和分析船舶运动的基础上,建立船舶运动质点方程,研究基于模糊控制的船舶自动导航仿真系统。针对船舶偏航量的控制,设计位移模糊控制器和航向模糊控制器,对船舶在波浪中的运动进行数值仿真。船舶在各种不同外界条件下的运动状态数据,应用数据库技术,进行存储,作为后续数据分析来源。采用VC＋＋,在VS2005开发环境下使用GDI编程,实现可视化仿真。     

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。     

船舶运动仿真模型

船舶运动形成复杂的流场,难以建立准确的数学模型,因此对其操纵性能进行仿真和理论十分困难。该文根据实验数据,用神经网络辨识方法建立了某船的水动力模型,实践证明：用神经网络辨识方法所建立的数学模型能够真灾地反映船舶的运动特性。该文为研究非线性的水动力问题提供了一种行之有效的方法。     

磨煤机磨辊滚动轴承回转误差测量研究

为了消除误差测量中的轴承偏心问题，研究中速辊式磨煤机磨辊滚动轴承回转误差测量技术。建立磨辊轴承回转误差运动分析模型获取传感器信号，采集误差数据回转误差谐波分析，获取各误差指标测量值。经实验论证分析，在定常载荷实验条件下，该文方法回转误差测量结果在5%以下，回转误差随预紧力增大而减小，较为准确地反映预紧力变化对轴承回转误差运动的影响。     

船舶操纵运动及控制仿真软件的研制

建立了外界条件干扰下的基于模糊控制的船舶操纵运动数学模型，开发了仿真软件，通过算例验证了软件的可靠性。并对其在定常见的作用下保持某一航向或航线航行进行了仿真研究，体育场结果表明：将模糊控制理论应用于船舶操纵运动的自适应控制的方法是可行的，但模糊控制规则的制订是至关重要的。     

船舶运动可视化仿真平台的设计与实现

船舶仿真系统设计,船舶航行风浪环境的稳定性和实时性研究可通过可视化进行分析。因此场景的可视化是船舶仿真的重要内容,为帮助设计人员直观地观察控制器的控制效果,提出由船舶运动模型和以MMG模型为基础建立船舶运动数学模型,根据概率论和随机过程理论建立完整的海况模型,利用龙格-库塔法计算船舶的位姿,显示模块将船舶的运动位姿数据转换成图像,实现了数据的可视化。实验结果表明,平台能够实现船舶航行仿真及3D直观显示,同时环境因素对船舶运动的影响也与理论相符。系统可以满足视景仿真的实时要求,并提供了直观的验证方式,对船舶运动控制系统控制策略的选取和控制的设计提供了依据。     

风浪中船舶横摇仿真与预报研究

对船舶横摇运动进行仿真与预报研究可大大提高船舶航行安全性,更好地保障船舶各项作业的顺利进行.从频谱分析的角度对海上随机风浪进行仿真,并根据刚体平衡原理建立船舶运动方程,由此仿真船舶的横摇运动.在此基础上,针对舰船运动姿态非线性、非平稳的时域特点,运用改进AR模型的多层递阶方法和自回归方法对船舶横摇运动进行预报,结合预报误差指标进行两种预报方法的比较.预报结果表明,多层递阶方法在一定程度上提高了船舶运动姿态的预报精度和预报时间长度,可较好实现非线性预报.     

基于自适应模糊滑模控制的船舶航向控制器设计

针对船舶运动系统中固有的非线性、模型不确定性和风、浪、流等的干扰.提出了自适应模糊滑模控制(AFSMC)策略解决船舶的航向控制问题.通过采用模糊逻辑系统逼近系统未知函数,将滑模控制技术与自适应模糊控制技术相结合,设计了船舶航向AFSMC控制器.在滑模边界层内应用PI (proportional-integral)控制代替滑模控制中的切换项,削弱了滑模控制带来的抖振现象.借助李亚普诺夫函数证明了船舶运动系统中的信号都一致有界并利用Barbalat引理证明了跟踪误差渐近收敛到零.在参数摄动和外界干扰情况下进行了航向保持与改变仿真试验,采用AFSMC控制器得到了与无摄动和无干扰情况下相似的输出响应.实验结果表明,所提控制器能有效地处理系统不确定性和外界干扰,控制性能良好,具有很强的鲁棒性.     

波浪中船舶运动的仿真及预报研究

为了更好地进行船舶在高海情下运动状态的研究,以大型船舶为对象采用教学模型和计算机仿真的方法,根据船舶在波浪中的频域六自由度运动方程,研究了船舶在海浪中各种航速、航向、海情下横摇的运动规律,并对结果进行了分析和仿真对比,指出了船舶运动预报方法中存在的问题.通过仿真实例,可以更好的对船舶在海浪中的运动状态进行调整,能够有效的保证船舶安全运行.     

基于3dsmax的船舶三维运动仿真

该文尝试使用3维软件3dsmax作为仿真平台,调用其下的reactor动力学模块,对船舶模型在水中的交互运动进行了预报。通过两个仿真试验,介绍了这种虚拟脱实技术的工作原理,展示了其快速实时,交互方便的优势。一个试验是通过对帆船在风作用下的仿真,得到了位移响应曲线和运动动画;另一个试验是通过对船舶破舱进水倾覆过程的模拟,得到了各个时刻船的浮态。     

船舶双推进轴系振动分析软件开发研究

为了预防船舶行进过程中轴系振动过大带来的危害,设计实现了船舶双轴系振动分析软件系统,实现了船舶运行过程中轴系振动的分析显示;对扭振和回旋双通道实时测试采集的数据进行了处理,剔除误差过大的野值,提高振动分析的精确度,并对扭振振幅数据进行定点DFT变换,找出扭振在高谐次上的异常振幅尖峰,以预防船舶在此转速下因扭振振幅过大带来的危害;实船测试表明,该系统测试精确度高,振动分析结果显示直观,满足了船舶双推进轴系振动分析的设计要求。     

一种船舶精确时间同步数据采集监测方法

为了提高船舶数据采集的准确性和监测的实时性,减小由于数据采集时间不同步带来的误差,提出了一种精确时间同步下船舶数据采集监测的方法。该方法利用基于IEEE 1588的精确同步秒脉冲信号触发数据采集,将盖有"时间戳"的数据放入缓冲区,保证数据完整上传至处理中心;利用FPGA完成秒脉冲信号的控制和信号的采集与处理等时序的逻辑操作,由上层处理中心经由以太网进行数据传输,完成精确的数据采集、实时监测。仿真和测试结果表明,该方法能够完成精确时间同步数据采集监测,满足电力系统各方面测试精度的要求,对进一步提高船舶数据的精确可用性具有重大意义。     

基于MATLAB的船舶运动控制算法研究

在简化的船舶运动模型基础之上,通过设定其运动范围,采用模糊算法、模糊PID算法以及PID算法三种控制策略,研究船舶在人为设定的初始条件以及不同海况下的运动情况,进而对三种控制策略的优劣进行比较.整个研究过程应用MATLAB编程.     

复杂码头环境下的船舶检测与跟踪算法

运动模板算法在复杂环境下无法准确提取运动目标区域,并且依赖帧间间隔的选取,无法对减速运动目标取得良好检测效果。针对该缺点,提出了一种改进的运动模版算法。首先,对输入的视频序列采用Canny算子结合轮廓信息提取水岸边界线;然后,将运动历史图沿着水岸边界线进行水岸分离,消除岸上运动目标的干扰;接着,对水面区域进行形态学处理,消除背景中水面上非目标运动对象;最后,对形态学处理后的结果进行船舶轮廓检测,计算最大轮廓外接矩形的宽和高,结合船舶当前位置的尾部坐标重建船舶轮廓外接矩形,以此实现实时的、高准确度的船舶检测与跟踪。实验结果表明,在复杂水面环境下,该方法能够实现实时、准确的船舶目标检测与跟踪。     

数字滤波在光纤陀螺数据处理中应用研究

光纤陀螺以其全固态、无转动机构、高集成性,较宽的动态测量范围等优点逐渐成为陀螺发展的趋势.光纤陀螺所敏感的角速度信号中包含有各种噪声误差,如何对光纤陀螺输出信号进行处理以满足不同的工程应用要求是目前研究的关键问题.本文对中低精度的光纤陀螺在运动条件下的测量信号进行滤波处理,通过实测数据的应用验证,该方法能够有效减小信号方差且能保证滤波信号实时性.     

基于事件触发自适应时域MPC的船舶靠泊方法

船舶在自动靠泊的过程中会受到风、浪、流和岸壁效应等多种因素的干扰.鉴于此,针对全驱动船舶在复杂海洋条件下的自动靠泊问题,基于事件触发机制和模型预测控制,设计一种船舶自动靠泊控制器,以解决全驱动船舶在模型不确定性、执行器饱和、未知环境扰动以及岸壁效应等因素影响下的船舶自动靠泊问题.首先将船舶的三自由度模型进行线性化和离散化处理,并根据全驱动船舶的特性采用先泊位外镇定再平行靠拢的靠泊方式;然后为了提高求解速度,提出一种基于事件触发的自适应时域模型预测控制方案并进行稳定性分析;最后对一艘全驱动船舶进行仿真实验,将所提出的控制方案与其他已知方法进行对比.实验结果表明,所提出控制方案不仅能明显降低运算时间,而且具有更好的控制效果.