舵鳍联合控制系统研究

本文研究了船舶运动的控制问题，利用船舶运用本身固有的耦合特性，对舵鳍操作采用联合控制的方案，取得了较好的效果。     

舵/鳍联合减摇的H∞控制方法

针对舵/鳍联合减摇控制系统的特点,提出了一种新的基于正实性设计思想的H∞控制方案,并根据设计结果对控制器参数进行了综合调节.采用H∞混合灵敏度设计方法,从基本的性能要求和鲁棒稳定性要求出发,对舵减摇控制回路和减摇鳍控制回路进行了设计,并且详细地给出了各个权函数的确定过程.在设计过程中不但考虑了舵机和鳍机的非线性限制,还分析了Bode积分定理对性能的约束条件,在系统的性能和控制输出之间进行了折衷,给出了一组最优的设计结果.仿真结果表明,所设计的H∞控制系统在相应的频带内具有指定的性能,系统在不同海况,不同遭遇角时,都取得了很高的减摇率.而且在对象存在摄动的情况下系统仍具有最优的性能和很好的鲁棒稳定性.     

利用MATLAB进行船舶舵鳍联合减摇智能控制系统设计与仿真

该文针对象船舶舵鳍联合减摇系统这样的复杂模型的仿真以及智能控制系统设计中需训练控制器、仿真中的变参数控制等特点,介绍了一种用SIMULINK对变参数顺系统进行仿真的方法,给出了利用MATLAB环境设计如神经网络控制器等智能控制器的方案,最后给出了所述设计方案和仿真方法的具有实例：利用遗传算法训练模糊神经网络控制器对船舶舵鳍联合减摇系统进行控制。     

船舶舵减摇控制研究综述

船舶海上航行,受波浪影响会发生横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡等状况。这些船体运动会使船员生活的舒适度降低、船舶操纵困难、海上作业危险甚者发生船舶倾覆。减摇舵是一种新型的主动式减摇装置,所占的空间小,成本较低。因此,船舶舵减摇控制成为运动控制中一个重要的领域。本研究重点阐述了国内外关于船舶舵减摇控制的发展过程和研究现状,对各类技术的优劣进行分析讨论,并对接下来的研究方向做了展望。     

舵鳍联合自抗扰主从控制策略设计

在分析舰船航行中所受干扰特性的基础上,针对目前舵鳍联合控制中存在的问题,以虚拟控制力作为中间变量,设计了主从结构的舵鳍联合控制策略.主控制器采用非线性干扰观测器对环境扰动和模型不确定性进行估计,在此基础上以虚拟控制力作为控制量采用自抗扰结构,对船舶三自由度运动进行联合控制.同时,在主控制器设计中包含了舵/鳍伺服系统的实际约束,保证了从控制器解的可行性.基于遗传算法设计了数值反演从控制器,求取最终的控制量.通过船模试验和仿真对所设计的控制器进行了验证,试验和仿真结果表明所设计的两步主从控制策略具有较好的控制效果.     

舵鳍联合控制参数优化及仿真

船舶上装置的舵和减摇鳍系统分别完成航向和横摇减摇控制,但是两者之间存在着耦合,因此提出了舵鳍联合控制,实现多翼面的协调控制.建立船舶运动系统横荡、艏摇和横摇的三自由度运动、舵和减摇鳍的驱动控制、海浪干扰等数学模型,构建仿真环境.利用线性二次型最优控制理论设计舵和减摇鳍的联合控制器,并采用多目标优化手段确定舵速和鳍速参数,仿真表明,在不同的海况,以及船体不同航行状态下,都取得了显著的减摇效率,效果较减摇鳍单独减摇效果更佳,且能够保证良好的航向控制精度,说明舵鳍联合减摇有效地协调舵和鳍控制水翼的控制力和控制力矩.     

基于模糊算法的舵减摇滑模控制研究

以舵减摇的线性模型为研究对象,采用滑模变结构控制设计出舵减摇控制器,并在保证减摇效果的前提下,利用模糊逻辑算法对所设计切换函数的参数进行在线调整和优化,使得调整后的切换函数更合理,由于控制量与切换函数相关,从而使得控制量的输出减小,达到降低舵机摩擦损耗的目的,仿真研究表明该方法的有效性。     

船舶鳍/翼鳍减横摇弹性H_∞控制研究

针对船舶鳍/翼鳍减摇系统中存在的海浪干扰、未建模动态和模型参数不确定性,同时控制器存在摄动的控制问题,采用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)方法,给出了不确定系统存在弹性H_∞状态反馈控制器的充分必要条件。并通过仿真验证了该方法的可行性,使得船舶鳍/翼鳍减摇系统不但有效地减小了船舶横摇,而且具有很好的鲁棒稳定性。     

非线性非最小相位船舶舵减摇系统的滑模控制

建立了从舵到横摇角的非最小相位非线性船舶模型,利用滑模控制方法设计同步横摇阻尼和航向保持的稳定控制器。船舶减摇建模时假设模型误差的数量级和扰动已知,且设计的滑模控制器可实现对一阶波浪扰动的稳定调节。基于李亚普诺夫稳定性理论证明了整个闭环系统的稳定性,仿真实验的结果验证了所设计的控制器的优良跟踪性能和鲁棒性。     

鲁棒H∞控制理论在舵减摇中的应用

针对船舶舵减横摇控制系统的非最小相位特性,提出了基于正实性设计思想的鲁棒H∞设计方案.分析了系统的性能要求和舵机对舵角和舵速的限制,给出了权函数选择的详细过程,设计了舵减摇的H∞控制器.考虑了系统模型可能存在的不确定性,将鲁棒H∞设计结果与传统的PID设计结果进行了对比.仿真结果表明,所设计的舵减摇H∞控制系统不但取得了很高的减摇效果,而且具有很好的鲁棒稳定性;而传统的PID控制系统在对象模型存在摄动时,会导致系统不稳定,鲁棒性很差.     

基于HMR3300的船模舵机控制平台设计与实现

HMR3300是常见的较精准的航向采集传感设备,在此设备基础上,利用无线传输模块,搭建船模岸基控制平台,设计航向控制算法,并将得出的舵机控制信息反馈到船模上,进行舵机角度调整,最终实现船模的航向控制.通过硬件实现,分析无干扰和有干扰两种状态下的航向趋势,得到了良好的验证效果,平台系统可以有效地实现对船模的航向控制.     

零航速减摇鳍两步主从控制律设计

零航速减摇鳍水动力特性与升力式减摇鳍存在本质差异,前者与鳍角、角速度、角加速度构成 多约束动态非线性映射,不满足后者的近似线性关系,导致对抗式PID控制无法适用.针对零航速 减摇鳍系统特有的动态输入非线性及整体结构,借助非线性分离策略,提出并设计基于变约束模 型预测控制与数值迭代反演的两步主从控制律.仿真 结果表明,控制器性能良好,但受物理性硬约束影响,零航速减摇效率随海情增加而呈非线性递减趋势.     

状态反馈预测控制在双线性系统中的应用

针对可输入输出(I/O)精确线性化的双线性系统,提出了一种直接的预测控制算法。这种算法无需对系统进行线性化,避免了线性化后再引入线性控制方法而带来的复杂运算,并且由于引入状态反馈预测控制的思想,使用实测状态变量反馈,提高了控制系统抑制未知干扰的能力,改善了控制系统的鲁棒性。给出了算法使用条件和推导过程,针对氮合成反应器设计了相应的控制器。仿真结果表明,控制效果良好。     

船舶综合管理平台网络下减摇鳍预估控制

为满足船舶网络化、信息化和智能化的要求,研究了综合管理平台网络下减摇鳍的控制问题.在传统减摇鳍系统模式的基础上,提出了综合管理平台下减摇鳍网络控制系统的模型.分析了由于平台网络引入的诱导时延对系统性能的影响.以均值预测法为基础,引入预测控制算法中“误差预测”思想,设计了一类新的时延辨识器.在此基础上,对于海浪干扰和网络...     

Independent Hybrid Force/Motion Control of Constrained Six-Degrees-of-Freedom Manipulators

Controlling the dynamics of a constrained manipulator includesposition tracking as well as stabilization of the contact wrench.In this paper we derive a control scheme, that makes it possible to treat position and force control independently.The approach is based on a mass-orthogonal splitting of the space of joint torques, allowing independent actuation and therefore independent specification of control laws. An appropriate definition of the reference wrenchmakes it possible to achieve independent stability of the position and force loop.     

基于输入输出线性化的连续系统非线性模型预测控制

非线性约束预测控制关键是求得可行性优化解. 输入输出反馈线性化是非线性控制一种常用的方法, 其系统的初始线性输入约束转化成非线性基于状态的约束, 因而无法采用常规的二次规划(QP)求解优化问题. 针对连续状态空间模型系统, 本文提出迭代二次规划方法来寻求非线性优化解. 为了保证算法的收敛性, 系统加入另外一种迭代算法来保证其在整个预测时域上能得到可行解. 仿真控制结果表明了该方法的有效性.