基于MAS和航海模拟器技术构建船舶自动避碰仿真平台

船舶自动避碰是航海研究的热点之一,国内外专家学者提出了许多方法并开发了多种系统。然而,如何测试和验证这些方法和系统仍然是一个有待解决的问题。实船海上试验风险高费用大,同时灵活性差花费时间长;许多研究人员所采用的单机仿真试验则难以有效仿真复杂的海上航行情况。应用Multi-agent系统(MAS)理论和技术以及多本船航海模拟器,构建和开发了自动避碰仿真试验和测试平台。仿真试验表明该平台可以取得与实船海上试验相类似的效果,并且可以有效解决海上实船实验和单机仿真试验所带来的缺点和局限。     

基于Simulink与Stateflow的船舶避碰决策支持系统仿真

在Simulink仿真环境下构建了一个自动避碰系统模型,模型中的避碰方案是以实际海员避碰行为为原型设计的,其避碰行动指标是在参考避碰行动统计研究后设定,并且符合国际海上避碰规则.此自动避碰系统模型是以层次化模块图的方式构建,模块化的设计使其灵活性较强,里面的避碰指标参数、船舶控制算法、船舶数学模型都可以根据需要进行调整和修改,并且在参数改变后可以立即在可视化模块中观察避碰结果.     

钢铁企业铁水运输路径选择及自动避碰算法的研究

以钢铁企业铁水运输仿真系统为背景，阐述了路径选择及避碰算法的作用，建立了路网二级拓扑模型及列车运行模型；提出了两级静态路径规划和路径动态调整方法；分析了列车碰撞检测的条件及机制，最后对避碰算法进行了描述。     

船舶鲁棒自动舵产品化研究

给出用Ｈ∞鲁棒控制的混合灵敏度优化算法设计的船舶航向自动舵控制器、鲁棒自动舵系统的硬件实现和软件设计及其实船海上试验结果。     

基于反馈线性化的船舶自动舵模糊滑模控制

针对船舶航向自动舵控制系统的非线性数学模型,应用基于微分几何的反馈线性化方法,将原非线性系统等价为完全可控型线性化模型,然后设计了滑模变结构控制器,并利用模糊控制器实现了滑模趋近律的参数自整定,设计方法简单可行。仿真结果表明,所设计的模糊滑模控制器能够快速准确地跟踪设定航向,并对参数摄动和外界风浪干扰具有很强的鲁棒性,同时消除了系统的抖振现象,优于传统的滑模控制。

Abstract：

According to the nonlinear model of ship autopilot system and using the feedback linearization procedure of differential geometry,an equivalent,fully controllable and linear model was derived via a homomorphism transformation and a fuzzy reaching law sliding mode controller was designed.The simulation results show that the controller designed here,which is superior to traditional sliding mode control,can track a desired course fast and accurately.It also exhibits strong robustness peculiarity to system uncertainties and avoiding chatting phenomenon.     

基于粒子群优化算法的USV集群协同避碰方法

针对无人水面艇(unmanned surface vessel, USV)集群在路径规划中的协同避碰问题,提出了基于滚动优化策略结合粒子群优化算法的USV集群协同避碰方法。首先,通过已有雷达、光电等传感器参数指标建立综合视域模型;其次,采取基于正切函数的惯性权重调整结合线性调整学习因子的方法来提高粒子群优化算法的全局搜索能力,同时,在适应度函数中加入转艏角控制来提高路径的平滑性;最后,利用改进后的粒子群优化算法规划出每个综合视域内的路径。仿真实验结果表明,该优化算法能实现USV集群的实时避碰,并快速为USV集群规划出平滑、安全的全局最优无避碰路径。     

仿真语言YFSIM的自动排序算法

本文介绍了一种在ＹＨ－Ｆ２仿真计算机仿真语言ＹＦＳＩＭ中实现的自动排序算法。其思想是根据仿真语言的规范定义产生式，再根据编译原理和自动机理论，建立排序程序所必需的数据结构，并加以实现。此方法在ＹＦＳＩＭ仿真语言编译器中的运用取得了明显的效果。本文重点讨论了如何建立语句的输入输出关系及相关的数据结构。     

基于H∞设计法的非线性舵鳍联合控制系统仿真研究

建立了首摇、横荡、横摇三个自由度的船舶运动方程。给出了随机海浪波高、横荡力、横摇力矩、艏摇力矩的仿真算法。介绍了干扰抑制的H^∞线性系统设计方法。把非线性船舶舵鳍联合控制系统设计问题化为以二次型性能指标为目标函数的干扰抑制的H^∞线性系统设计问题；基于H^∞系统设计方法，进行舵鳍联合控制系统的设计。并用MATLAB语言完成了控制器的设计与仿真，仿真结果表明基于H^∞设计法的舵鳍联合控制器在保证航向控制的同时，达到较高的减摇效果。     

仿真测试自动判读专家系统的设计与实现

利用专家系统原理，对某航天设备的综合仿真测试系统进行分析研究，设计并实现了仿真测试自动判读专家系统，对测试系统的指令及数据注入文件能够自动解读，对遥测模拟量和数字量能够实时的自动判读，包括模拟量的超限报警和数字量的正确性判读，提出了几种通用的遥测模拟量和数字量判读规则的形式及动态的实时判读推理方法。经系统测试和实际应用证明，判读准确性和实时性高。     

利用模型算法控制提高模拟器运动性能的仿真研究

本文讨论了旨在提高三自由度模拟器运动系统的响应性能问题。通过对系统进行数字仿真分析,确认采用模型算法控制可提高系统的响应性能及整个系统的鲁棒性。文中绘出了仿真运算的结果。     

基于信息融合的汽车防撞决策系统研究

研究并提出了基于多传感器信息融合的动态目标跟踪算法来实现防撞系统的信息获取，并引入预测残留误差来修正跟踪残留误差不能完全反映不可预测的信息所带来的误差；研究了驾驶过程状态信息的表达方法，建立了汽车一环境状态特征模型，描述了汽车在行驶过程中时变动态的驾驶状态。在此基础之上，利用模糊积分方法融合多种相关信息，确定汽车应采用的安全运行模式，实现主动安全防撞决策。     

基于包围盒的碰撞检测算法综述

对基于包围盒的碰撞检测算法中的轴向包围盒法、方向包围盒法、离散方向多面体法、时空包围金法的检测原理和检测效率进行了详细地分析比较。分析结果表明：包围盒的简单性和它包裹对象的紧密性是一对矛盾，包围盒越简单其包裹 紧密性越差，如何更好地兼顾简单性和紧密性成为包围盒法的关键；离散方向多面体是介于轴向包围盒和凸包之间的包围盒，只要合理地选取平行平面对的个数和方向，就可以在碰撞检测的简单性和包裹物体的紧密性之间灵活取舍。研究结论对于虚拟场景的动态建模具有一定的指导意义。     

多段式自动泊车最优路径规划与仿真分析

针对狭小平行泊车位的路径规划和泊车轨迹曲率不连续等问题,同时考虑避撞约束,提出了一种最优化多段式泊车路径规划方法.建立了车辆方向盘转速恒定时的车辆后轴中心运动轨迹方程;其次为保证车辆安全停车,建立了避障约束函数;设置泊车路径后轴中心为控制点,以泊车空间最小、最终泊车姿态角最小等泊车指标求取路径最优解.通过Simulin...     

航天测控系统通用仿真平台

建立能够囊括所有航天器类型的三种航天器仿真模型、提出航天器动力学仿真通用积分右函数、构造三种类型的地面测控网仿真模型、设计通用仿真软件、基于动态链接库,建立动态映射技术,完成航天器遥测、遥控专用仿真软件与通用仿真软件的动态链接。融合了物理仿真和数学仿真、统一了航天器仿真和地面测控网仿真、实现了多航天器、多中心、多测站、多频段、高效率的航天测控系统通用仿真。     

船用柴电机组网络监控系统硬件在环仿真试验平台研究

根据船舶电站柴电机组网络监控系统的结构,利用MATLAB/xPCTarget实时仿真开发环境,构建了柴电机组网络监控系统硬件在环仿真试验平台。采用模块化的方法建立了涡轮增压柴电机组实时仿真模型。进行了柴电机组网络监控系统在环仿真试验。初步试验结果表明:该仿真平台能够实时和准确地模拟柴电机组的运行特性,为柴电机组网络监控系统的开发和测试提供了有效的试验环境。     

基于OpenGL的小型组机器人足球仿真平台设计

机器人足球是人工智能与机器人领域的基础研究课题。实现了基于OpenGL的小型组机器人足球仿真平台,并对其中的关键技术进行了讨论。仿真平台建模简单、直观,使用射线追踪算法很好地实现了世界模型的碰撞检测,对机器人的运动以及控球性能也作了精确的模拟,并实现了多种人机交互功能。三维仿真平台的应用能更好地协助实物机器人足球系统的先期调试,也为实际比赛后的数据分析提供了有利的工具。     

射击仿真过程中实体碰撞命中检测模型研究

针对射击仿真过程中空间实体碰撞命中检测问题，在已建立的动力学和运动学模型解决了实体位置、姿态及运动趋势解算基础上，提出了考虑对抗双方实体空间占有区域因素，建立目标几何等效体壳体方程，分析了碰撞发生的必要条件，建立了实体碰撞检测模型，可解算最初碰撞命中点参数，并为之后的毁伤描述提供必要的参数条件。     

考虑避灾心理和灾害影响的疏散仿真方法

在在灾害发生时,安全高效的疏散人群是提高公共安全的重要保障。因此有效可行的疏散仿真方法具有深刻的理论和现实意义。当前主流方法较少考虑与疏散相关的灾害动态演化,为此提出了DERR(Dynamic Evacuation Route Replanning Based on Psychology)方法。DERR方法围绕人群的避灾心理参数进行相关研究,利用A*寻路算法,实时根据灾害区的变化对人群的疏散路径重新规划和优化,以达到更加安全疏散的目的。通过仿真实验展示了本方法在灾害演化下的疏散模拟过程,同时心理避灾参数的加入也使得仿真结果更加贴合现实。     

卫星编队飞行碰撞预警策略仿真研究

针对近地圆轨道编队卫星碰撞预警问题,建立了仿真想定。提出了以拟最大瞬时碰撞概率为检测指标的碰撞预警策略,利用典型轨道仿真验证了策略的有效性。拟最大瞬时碰撞概率的计算,需要求解预警时间段内编队卫星间的最小距离和发生时刻。通过对距离平方的导数函数的分析,提出了一种变尺度直接逼近算法,用于寻找距离函数的极点,从而完成极小值的求解。对典型轨道的仿真结果显示：变尺度直接逼近算法能够完成距离函数最小值的求解。的研究成果将对卫星编队碰撞预警的工程化提供有益的参考。