基于反馈粒子滤波的船舶模型参数辨识

[目的]近年来,随着船舶朝着大型化、高速化、智能化的方向发展,船舶动力定位技术显得尤为重要。为了在动力定位系统中建立运动数学模型,需要确定模型中各参数的值。[方法]首先,以一艘挖泥船为研究对象,建立船舶运动数学模型,并分离出纵荡运动模型以及横荡与艏摇运动模型;然后,基于系统辨识理论和反馈粒子滤波算法辨识模型中的未知参数,包括2个主推进器和1个侧推进器的推力系数;最后,进行仿真实验,求得待辨识的参数值。[结果]通过与扩展卡尔曼算法的比较,显示反馈粒子滤波算法对参数辨识的效果更好,验证了反馈粒子滤波算法的可靠性。[结论]该方法在船舶动力定位系统中具有良好的应用前景。     

船舶动力定位自适应滤波器设计

传统的陷波滤波器虽然能够很好的滤除一阶高频海浪波,但是滤波的同时也使得信号产生了相位滞后,在时域里面的表现就是信号的延时.卡尔曼滤波器虽然能够解决这一问题,但是其非常依赖于船舶模型.本文针对传统陷波滤波器的缺陷,使用了一种积分补偿型陷波滤波器,对传统的陷波滤波器进行改进.并以某拖轮为仿真对象进行仿真实验,其结果表明,该滤波器不但能够很好的滤除高频海浪波,还能够保持很好的相位特性.同时,递推的最小二乘估计(RLS)方法能够实时的估计出海浪的主导波频,使得陷波滤波器具有很好的自适应性.     

基于扩张观测器的船舶动力定位系统反演滑模变结构控制

针对海洋平台船舶动力定位控制系统,结合反演滑模控制与扩张观测器的优势,提出一种基于扩张观测器的船舶动力定位反演滑模控制方法.考虑到系统存在未知外部干扰以及船舶模型参数不确定性的问题,将系统分为内环观测器和外环控制器分别设计,首先利用扩张观测器估计系统的未知状态及不确定项,然后在外环的反演滑模控制器中进行补偿,最后用Lyapunov方法证明系统的稳定性.通过船舶定点控制仿真实验表明,基于扩张状态观测器的反演滑模控制器使得船舶纵荡和横荡的位置及首摇角度逐渐保持在期望值,具有较强的鲁棒性和控制性,能够有效抑制传统滑模控制的抖振问题,有益于船舶工程应用.     

动力定位系统舵桨组合推力分配研究

针对船舶动力定位系统推力分配中舵桨组合的推力建模及优化分配问题,将舵桨组合的非凸推力区域转化成4个凸区域,采用切换控制理论把非线性最优化问题转换为线性最优化问题。将舵、桨组合起来进行推力建模,以最小推力、舵角变化和推力误差为优化目标,对推进器的推力变化率、舵角变化率、推力误差范围和推力大小作了约束,采用多边形的方法把推力范围约束转化为线性不等式约束,基于总功率与总推力误差在不同推力区域设计了切换逻辑,实现了在不同的推力分配器中的切换。实船试验结果表明舵桨组合推力模型及推力分配策略是切实可行的,满足了推力分配的要求,在配备舵的动力定位船上具有良好的应用前景。     

不同情境下乘员对车辆运动参数的晕车敏感性研究

晕车是一种常见的由车辆运动引起的病症，严重影响乘车体验。由于现有车辆控制方法很难做到完全避免晕车，且晕车等级随暴露时间而增加，并受不同情景的影响，故乘员晕车状态变化对应的车辆运动参数阈值(晕车阈值)需要进一步研究。本文聚焦于探究不同情景下晕车阈值的变化规律，即晕车敏感性。首先，设计4类情境下(不同晕车易感性和有无非驾驶任务)的实车乘坐；其次，分析4类情境下晕车等级的变化规律；然后，分别以4种运动工况下的加速度和加加速度作为分析对象，利用单因素方差和统计方法，将相同情景和不同晕车等级下的晕车阈值变化规律(横向敏感性)进行横向对比，将不同情景和相同晕车等级下的晕车阈值变化规律进行纵向对比(纵向敏感性)。结果表明，晕车等级随暴露时间而增加，并且4类情境下的晕车等级存在差异，高晕车易感性被试具有横向敏感性，低晕车易感性被试不具有横向晕车易感性；纵向敏感性一般只在中度晕车等级下成立。研究结论丰富了晕车等级与晕车阈值的关系，可为传统驾驶和自动驾驶减少晕车的控制策略提供参考依据。     

基于闪存的EPS电动助力转向系统故障容错设计

为提高汽车电动助力转向系统（EPS）的可靠性与故障容错性,提出了将闪存应用到EPS电动助力转向系统中以提高EPS助力系统的可靠性,在传感器正常工作时在闪存中存储了汽车运行状态的传感器数据。传感器失效时,则从闪存中的数据库中得出与当前汽车运行状态相近的数据,提供给ECU。实现EPS系统性能不因传感器失效而丢失,以此提高EPS系统的可靠性。     

遗传粒子群优化算法在船舶动力定位控制中的应用

针对船舶动力定位系统精确定点控制的问题,结合遗传算法(GA)独特的选择交叉变异功能和粒子群优化算法(PSO)较好的记忆功能等优点,提出了遗传粒子群(GAPSO)算法,并应用到最优控制性能指标加权矩阵的权重系数选择中。通过1艘海工多用途动力定位船舶定点控制仿真实验,使船舶纵荡和横荡的位置及艏摇角都逐渐保持在期望值,且所有输出值都收敛有界,结果与传统最优控制相比,遗传粒子群算法在最优控制中更具有效性及较好的寻优性能,有益于船舶工程的应用。     

地铁列车在不同工况下的网侧电流谐波分析

建立了24脉波整流供电系统和牵引传动系统的联合仿真模型,基于Matlab/Simulink仿真软件实现了24脉波整流机组、三电平牵引逆变器和三相异步电机的联合仿真。介绍了24脉波整流供电系统的谐波特性,以及列车在起动、制动、加载等不同工况下的网侧电流谐波特性。仿真结果表明,在列车运行状态改变,甚至是突变时,网侧电流所受影响较大,谐波会随之增大,谐波受到负载大小和运行状态的改变程度等因素的影响;在再生制动工况下,谐波含量远高于其他牵引工况,而且以低次谐波为主。     

水泥土渗透性的室内试验研究

针对水泥土的渗透性问题,首先对比实施标准养护和海水养护条件下水泥土的渗透试验及微型贯入试验,研究水泥土的强度与渗透性的关系及劣化对水泥土渗透性的影响;其次,将制备好的水泥土试样不经养护立即实施渗透试验,模拟研究场地形成的水泥土的渗透性随时间的变化规律。试验结果表明,标准养护条件下,水泥掺量越大,龄期越长,水泥土强度越高,相应地渗透系数越小。但是,水泥土的渗透系数随龄期所产生的强度变化不大。海水养护条件下,由于水泥土发生劣化,导致水泥土的渗透性随龄期呈显著增大的趋势,说明劣化使水泥土强度降低的同时,也导致其渗透性增大。水泥土劣化滞后于海水渗透。场地形成的水泥土的渗透性随水泥掺量增大而减小。水泥土渗透性随时间呈现减小的趋势,前期渗透性减小较快,之后渗透性基本趋于稳定。     

弯道路侧标志梯度提示策略研究

弯道易造成车辆速度控制不当而成为事故多发路段。为改善弯道安全，本文针对弯道路侧警示标志的布设展开研究，制定弯道路侧安全警示标志梯度提示策略，依托高保真模拟驾驶实验平台，建立山区弯道虚拟场景，选取急弯标志、限速标志(Speed Limit Sign, SLS)及可变信息板(Variable Message Sign, VMS)作为警示标志，在弯道对传统提示策略(急弯标志)、二级梯度提示策略(急弯标志和SLS)和三级梯度提示策略(急弯标志、SLS及VMS)开展实验，获取33名被试驾驶人的车辆运动、眼动数据和主观问卷。选择平均速度、纵向加速度、速度遵从率、标志单次注视时长、标志注视提前距离、反应时间以及主观评价等参数作为评价指标，利用单因素方差分析方法和事后测试，对比不同提示策略对驾驶人的作用效果。研究结果表明：相比传统策略，梯度提示策略能有效提高驾驶人注意力，减小对警示标志的视认距离和反应时间，帮助驾驶人在进入弯道前提前完成减速，并在弯道稳定保持低速行驶。本文研究可为弯道路侧安全警示标志连续布设提供依据。