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舵减摇仿真研究 被引量:12
1
作者 朱文蔚 缪国平 +1 位作者 王文富 费乃振 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 1997年第1期33-42,共10页
本文通过建立船舶操纵运动和周期性摇荡运动的耦合数学模型,进行了舵减摇仿真研究。计算表明,只要适当选择舵角控制函数中的反馈系数,可以在合理的转舵速率和允许的航向变化幅度下取得满意的减摇效果。
关键词 减摇仿真 数学模型 仿真 船舶 减摇装置
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舵减摇系统的滑动控制 被引量:6
2
作者 罗凯 李俊 许汉珍 《交通部上海船舶运输科学研究所学报》 1999年第2期130-134,共5页
研究舰船在波浪中的横摇运动特性,探讨舵减摇系统控制机理。在考虑舵作为减摇设备使用的特性基础上,进行滑动控制规律设计,所得算法简单。
关键词 舵减摇 滑动控制 波浪 船舶 横摇
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船舶舵减摇的H∞控制设计 被引量:10
3
作者 刘彦文 刘胜 王毅 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期133-137,共5页
针对舵减摇控制系统的特点,提出了一种H∞设计方案。忽略了艏摇特性和横摇特性之间的耦合作用,分析了舵减摇控制系统。采用H∞混合灵敏度的设计方法,从基本的性能要求和鲁棒稳定性要求出发,阐述了舵减摇控制系统H∞设计中权函数的选择... 针对舵减摇控制系统的特点,提出了一种H∞设计方案。忽略了艏摇特性和横摇特性之间的耦合作用,分析了舵减摇控制系统。采用H∞混合灵敏度的设计方法,从基本的性能要求和鲁棒稳定性要求出发,阐述了舵减摇控制系统H∞设计中权函数的选择依据和确定过程。对所设计的H∞控制器进行了降阶处理,分析了利用积分作用进行相位补偿的设计原理。仿真结果表明,所设计的舵减摇控制系统在相应的频带内具有指定的性能,而且满足鲁棒稳定性要求。对H∞设计结果的详细验证和分析表明H∞设计是一种定量设计,所有的设计要求和指标都可以定量地给出设计结果。 展开更多
关键词 H∞控制器 舵减摇 混合灵敏度
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基于航速保持的舵减摇控制方法 被引量:8
4
作者 刘志全 金鸿章 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2017年第1期128-133,共6页
船舶航行受阻力影响引起航速和能量损耗。研究船舶在静水和波浪中的附加阻力,给出船舶航行时的总体航速损失的计算方法。设计带有航速损失约束的自动舵控制系统,依据舵角协同控制方法设计航向和舵减摇滑模控制规律。综合讨论"航向&... 船舶航行受阻力影响引起航速和能量损耗。研究船舶在静水和波浪中的附加阻力,给出船舶航行时的总体航速损失的计算方法。设计带有航速损失约束的自动舵控制系统,依据舵角协同控制方法设计航向和舵减摇滑模控制规律。综合讨论"航向"与"航向+减摇"两种工作情况,包括横摇稳定、航向精度、航速保持、操舵能量消耗。仿真结果表明:该方法可以有效保持航速;从航行经济性的角度,对于同时安装有减摇鳍和自动舵的船舶,不推荐采用舵鳍联合减摇的控制方法。 展开更多
关键词 船舶 运动控制 舵减摇 自动舵 附加阻力 航速损失 滑模控制
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遗传算法在舵减摇控制参数优化中的应用 被引量:4
5
作者 王先洲 许汉珍 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第2期111-113,共3页
对船舶舵减摇控制系统进行了分析 ,在此基础上运用遗传算法优化了控制器的参数 ,使舵在较低的舵速下减横摇与航向保持两方面得到了很好的适配 .仿真结果表明 。
关键词 控制参数 舵减摇 遗传算法 航向保持 参数优化 人工智能 船舶操纵控制系统
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基于统一模型的船舶迎浪参数横摇数值预报及其舵减摇研究 被引量:7
6
作者 于立伟 马宁 顾解忡 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期410-418,共9页
国际海事组织(IMO)正致力于第二代完整稳性规范的制定,而参数横摇一直是船舶动态完整稳性研究的热点。文章采用考虑船舶操纵性和耐波性运动耦合的统一模型对迎浪规则波下的船舶参数横摇运动进行了时域数值模拟。在时域模型中,六自由度... 国际海事组织(IMO)正致力于第二代完整稳性规范的制定,而参数横摇一直是船舶动态完整稳性研究的热点。文章采用考虑船舶操纵性和耐波性运动耦合的统一模型对迎浪规则波下的船舶参数横摇运动进行了时域数值模拟。在时域模型中,六自由度耐波性运动辐射绕射力采用切片理论计算,并由脉冲响应函数法转化到时域。非线性回复力和入射波力采用瞬时湿表面压力积分方法计算。操纵性运动基于MMG模型,依据统一理论将操纵性与耐波性运动进行耦合计算。文中先应用简化三自由度模型对三艘集装箱船进行了参数横摇样船计算,并进行了初步的模型实验验证,依据结果对比分析了横摇惯性矩、初稳性高和方形系数对参数横摇的影响。基于统一模型分析了操纵性运动对参数横摇的影响,并进行了参数横摇舵减摇研究。 展开更多
关键词 参数横摇 船舶耐波性 船舶操纵性 统一模型 舵减摇
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鲁棒H_∞控制理论在舵减摇中的应用 被引量:6
7
作者 刘彦文 刘胜 《控制工程》 CSCD 北大核心 2009年第5期558-560,共3页
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... 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。 展开更多
关键词 舵减摇 权函数 H∞设计 鲁棒稳定性
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反步鲁棒镇定及其在舵减横摇中的应用 被引量:4
8
作者 涂建军 何汉林 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期19-23,共5页
运用反步法的思想,结合自适应方法和鲁棒控制方法,为一类具有未知或不确定参数以及能量有限扰动的非线性系统设计了易于实现的标量控制;讨论了渔政船1500HP在小风浪作用下产生的弱混沌横摇运动,并将标量舵力矩控制律运用于舵减横摇鲁棒... 运用反步法的思想,结合自适应方法和鲁棒控制方法,为一类具有未知或不确定参数以及能量有限扰动的非线性系统设计了易于实现的标量控制;讨论了渔政船1500HP在小风浪作用下产生的弱混沌横摇运动,并将标量舵力矩控制律运用于舵减横摇鲁棒控制.仿真验证结果表明:加入舵减摇控制后,船舶抑制海浪扰动的能力较强,控制收敛的速度较快,并且不存在超调,船舶抑制横摇的过程比较平稳,有利于减摇过程中船上人员和设备的安全.此外,控制器的设计过程基于非线性时域模型,可以应用在其他类型船舶的舵减摇设计中. 展开更多
关键词 反步法 不确定系统 混沌系统 自适应控制 舵减摇 横摇
原文传递
基于神经网络的鲁棒自适应舵减摇控制 被引量:3
9
作者 朱云浩 刘志全 高迪驹 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2023年第3期86-93,103,共9页
[目的]针对存在系统未知非线性函数和外界随机扰动的欠驱动水面船舶舵减摇控制问题,提出一种基于多层循环神经网络的自适应非奇异快速终端滑模舵减摇控制器。[方法]首先,针对传统滑模控制中存在的奇异性和收敛性问题,引入非奇异快速终... [目的]针对存在系统未知非线性函数和外界随机扰动的欠驱动水面船舶舵减摇控制问题,提出一种基于多层循环神经网络的自适应非奇异快速终端滑模舵减摇控制器。[方法]首先,针对传统滑模控制中存在的奇异性和收敛性问题,引入非奇异快速终端滑模面,并在假设船舶模型已知的情况下设计滑模控制律;接着,对传统径向基神经网络进行改进,并利用改进后的神经网络去逼近系统未知非线性函数,以解决船舶航行时模型难以确立的问题,提高控制精度;然后,应用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性和有限时间收敛性,并推导出神经网络参数的自适应律;最后,对一艘多用途海军舰艇进行数值仿真分析。[结果]结果显示,当船舶处于航向保持工况时,所提出的控制器减摇率为50.41%,与非奇异快速终端滑模控制器相比提升了19.2%;当船舶处于变航向工况时,所提出的控制器减摇率为23.46%,与非奇异快速终端滑模控制器相比提升了12.59%。[结论]该方法可以为欠驱动船舶舵减摇控制设计提供参考。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 舵减摇 神经网络 非奇异快速终端滑模控制 有限时间收敛性
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Design and Comparison of H∞/H2 Controllers for Frigate Rudder Roll Stabilization 被引量:2
10
作者 Lijun Wang Nikolaos I.Xiros Eleftherios K.Loghis 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2019年第4期492-509,共18页
Roll motion of ships can be distinguished in two parts:an unavoidable part due to their natural movement while turning and an unwanted and avoidable part that is due to encounter with waves and rough seas in general.F... Roll motion of ships can be distinguished in two parts:an unavoidable part due to their natural movement while turning and an unwanted and avoidable part that is due to encounter with waves and rough seas in general.For the attenuation of the unwanted part of roll motion,ways have been developed such as addition of controllable fins and changes in shape.This paper investigates the effectiveness of augmenting the rudder used for rejecting part of the unwanted roll,while maintaining steering and course changing ability.For this purpose,a controller is designed,which acts through intentional superposition of fast,compared with course change,movements of rudder,in order to attenuate the high-frequency roll effects from encountering rough seas.The results obtained by simulation to exogenous disturbance support the conclusion that the roll stabilization for displacement can be effective at least when displacement hull vessels are considered.Moreover,robust stability and performance is verified for the proposed control scheme over the entire operating range of interest. 展开更多
关键词 rudder roll stabilization H∞/H2 Controllers FRIGATE
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鳍/舵减摇双重控制的H_∞设计 被引量:2
11
作者 刘彦文 王广雄 李栋良 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第1期102-107,113,共7页
针对具有两个不同执行机构,而且两个控制通道的动态特性也不一样的双重控制问题,提出了这类系统的设计方法并应用于用鳍和舵来减摇的系统。对这种合成控制进行了设计。指出两个回路的Nyquist曲线应在船的自然频率上都做到零相移,这样舵... 针对具有两个不同执行机构,而且两个控制通道的动态特性也不一样的双重控制问题,提出了这类系统的设计方法并应用于用鳍和舵来减摇的系统。对这种合成控制进行了设计。指出两个回路的Nyquist曲线应在船的自然频率上都做到零相移,这样舵和减摇鳍的响应才有可能叠加以增强减摇效果。为此提出用H∞控制来保证零相移,并采用灵敏度函数作为系统的性能指标。详细讨论了H∞设计中的权函数选择问题。给出了鳍/舵合成减摇系统的仿真结果,仿真中还考虑了舵伺服系统速率限制对减摇的影响。 展开更多
关键词 减摇 减摇鳍 舵减摇 合成控制 H∞设计
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基于遭遇角决策的并行双模切换舵减摇控制 被引量:1
12
作者 葛德宏 高启孝 +2 位作者 李安 陈永冰 周岗 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2008年第3期1-4,10,共5页
结合舵减摇控制中通用线性模型与模糊线性模型的优缺点,采用了一种根据遭遇角的不同自动切换控制器设计模型的并行双模切换舵减摇控制方案。为在线自动辨识遭遇角,提出基于横摇功率谱密度柱状图的神经网络辨识方法。仿真结果表明,该方... 结合舵减摇控制中通用线性模型与模糊线性模型的优缺点,采用了一种根据遭遇角的不同自动切换控制器设计模型的并行双模切换舵减摇控制方案。为在线自动辨识遭遇角,提出基于横摇功率谱密度柱状图的神经网络辨识方法。仿真结果表明,该方法辨识精度较高,且比传统重心法节省了在线计算量与存储数据库所需的存储空间,简化了辨识流程。 展开更多
关键词 舵减摇 切换控制 功率谱密度柱状图 遭遇角 神经网络
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舵减摇控制系统的开环增益成形设计 被引量:2
13
作者 梁利华 刘彦文 李栋良 《控制工程》 CSCD 北大核心 2012年第2期245-248,共4页
针对船舶航向/舵减横摇控制系统的特点,提出了一种新的设计方案。对舵减横摇控制回路,基于开环增益成形的思想,通过指定闭环灵敏度函数的幅频特性形状,得到相应的舵减横摇控制器。在设计过程中不但考虑了对象的非最小相位特性,还分析了B... 针对船舶航向/舵减横摇控制系统的特点,提出了一种新的设计方案。对舵减横摇控制回路,基于开环增益成形的思想,通过指定闭环灵敏度函数的幅频特性形状,得到相应的舵减横摇控制器。在设计过程中不但考虑了对象的非最小相位特性,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,给出了一组优化设计结果。对航向控制回路,应用混合灵敏度问题设计了H∞航向控制器。设计指标是在保证船舶能很好的跟踪航向指令的前提下尽可能的减小艏摇控制回路和横摇控制回路之间的耦合作用。仿真结果表明,所设计的舵减摇控制系统满足性能要求,取得了较高的减摇率,而且横摇运动对航向的影响很小。通过对摄动后的对象进行仿真,进一步验证了系统具有很好的鲁棒性。 展开更多
关键词 舵减摇 开环增益成形 Bode积分定理 性能要求
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Bode积分定理在舵减摇H_∞设计中应用 被引量:2
14
作者 刘彦文 刘胜 綦志刚 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2009年第1期90-95,共6页
针对舵减摇系统的H∞混合灵敏度问题,研究了控制系统设计中的限制因素,指出舵减摇控制系统的性能(灵敏度特性)要受到Bode积分定理的约束,因此在船舶横摇自然频率附近的频段内性能不能做到太低。考虑这些限制条件,并从基本的性能要求出发... 针对舵减摇系统的H∞混合灵敏度问题,研究了控制系统设计中的限制因素,指出舵减摇控制系统的性能(灵敏度特性)要受到Bode积分定理的约束,因此在船舶横摇自然频率附近的频段内性能不能做到太低。考虑这些限制条件,并从基本的性能要求出发,详细说明了舵减摇系统H∞设计中权函数的确定。经过多次重新设计和对比,给出了一组最为合理的设计结果。仿真结果表明,所设计的H∞控制系统满足性能要求,而且取得了很高地减摇效果。 展开更多
关键词 舵减摇 H∞设计 Bode积分 混合灵敏度
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有限时间滤波反步滑模自适应舵减摇控制
15
作者 刘嘉昊 刘志全 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2023年第6期97-105,共9页
[目的]针对欠驱动船舶在未知海浪扰动下的舵减摇控制问题,设计一种基于有限时间收敛的滤波反步滑模自适应控制器。[方法]首先,针对常规反步法中微分爆炸问题,引入一阶滤波器,以避免对虚拟控制律的求导;然后,根据有限时间控制理论,通过... [目的]针对欠驱动船舶在未知海浪扰动下的舵减摇控制问题,设计一种基于有限时间收敛的滤波反步滑模自适应控制器。[方法]首先,针对常规反步法中微分爆炸问题,引入一阶滤波器,以避免对虚拟控制律的求导;然后,根据有限时间控制理论,通过滤波反步法与滑模自适应控制方法,设计有限时间收敛的舵减摇控制律;最后,通过李雅普诺夫稳定性理论,证明航向子系统和减摇子系统的稳定性。[结果]仿真结果表明,在不同海浪扰动下,所设计控制器使船舶能够在有限时间内追踪航向并实现减摇效果;与反步滑模控制相比,所设计控制器可改善船舶航向保持控制性能,减摇率提升了5%。[结论]所提方法可为欠驱动船舶舵减摇控制问题提供参考。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 舵减摇 滤波反步法 有限时间控制
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基于H_∞的船舶多变量控制系统设计
16
作者 刘彦文 刘胜 王毅 《自动化技术与应用》 2008年第12期1-4,共4页
针对舵减摇系统的特点,提出了一种新的H∞设计方案。对舵减横摇控制回路,采用H∞混合灵敏度的设计方法,在设计过程中分析了Bode积分定理对性能的限制条件,给出了一组最优设计结果。对艏摇控制回路,采用常规的负反馈设计方法设计了航向... 针对舵减摇系统的特点,提出了一种新的H∞设计方案。对舵减横摇控制回路,采用H∞混合灵敏度的设计方法,在设计过程中分析了Bode积分定理对性能的限制条件,给出了一组最优设计结果。对艏摇控制回路,采用常规的负反馈设计方法设计了航向控制器。对整个系统进行的综合仿真表明,所设计的舵减摇系统满足性能要求,而且在不影响艏摇角的情况下,取得了很高的减摇率。 展开更多
关键词 舵减摇 权函数 H∞设计 混合灵敏度
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舵减摇与航迹保持的鲁棒协同优化控制
17
作者 王立军 张显库 《中国航海》 CSCD 北大核心 2016年第1期31-35,共5页
针对减摇航迹保持控制中存在的多目标优化问题,应用NSGA-Ⅱ提出舵减摇与航迹保持控制的鲁棒协同优化方法。首先,在对非线性船舶运动模型进行线性化的基础上提出一种响应型简化线性模型;然后,基于闭环增益成形算法建立舵减摇与航迹保持... 针对减摇航迹保持控制中存在的多目标优化问题,应用NSGA-Ⅱ提出舵减摇与航迹保持控制的鲁棒协同优化方法。首先,在对非线性船舶运动模型进行线性化的基础上提出一种响应型简化线性模型;然后,基于闭环增益成形算法建立舵减摇与航迹保持的简捷鲁棒控制器;接着,针对航迹跟踪精度、舵减摇率和舵机能耗等3个目标函数,利用NSGA-Ⅱ实现控制参数的协同优化;最后,对某海军运输船的非线性模型进行仿真试验。试验结果表明:Pareto优化解集能反映多目标函数之间的制约性,性能最优参数方案与经验参数方案相比在增加舵机能耗的前提下能获得更高的航迹跟踪精度和更好的减摇效果。 展开更多
关键词 船舶工程 航迹保持 舵减摇 闭环增益成形 协同优化 NSGA—II
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基于PLC的模糊控制在船舶舵减摇系统的应用 被引量:6
18
作者 周迎 胡大斌 +1 位作者 金如峰 胡锦晖 《现代电子技术》 北大核心 2016年第2期140-142,共3页
为了提高船舶在复杂海况下的操作性能,有效地减小船舶的横摇,保持船舶航行的稳定性,针对船舶舵减摇系统存在的非线性和时变性问题,采用基于PLC的模糊控制方法,由施耐德PLC及其常规输入/输出模块组成模糊控制器,利用Unity Pro XL软件采... 为了提高船舶在复杂海况下的操作性能,有效地减小船舶的横摇,保持船舶航行的稳定性,针对船舶舵减摇系统存在的非线性和时变性问题,采用基于PLC的模糊控制方法,由施耐德PLC及其常规输入/输出模块组成模糊控制器,利用Unity Pro XL软件采用模块化编程方法实现其控制功能。在实验室条件下对构建的控制器在舵减摇系统中进行了初步测试,试验表明,基于施耐德PLC实现船舶舵减摇系统模糊控制的制定,既保留了可编程逻辑控制器PLC的灵活性、可靠性、适应能力强等特点,又提高了整个控制系统的智能化程度。 展开更多
关键词 船舶 PLC 模糊控制 舵减摇系统
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基于扩张状态观测器的滑模预测串级舵减摇控制
19
作者 秦毅峰 刘志全 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2024年第1期111-120,共10页
针对在定权重模型预测舵减摇控制下的欠驱动船舶转向响应较慢的问题,提出一种基于模糊扩张状态观测器(FESO)的滑模预测串级舵减摇控制方法。建立线性三自由度欠驱动船舶运动模型,设计FESO来估计船舶状态和外部扰动,设计离散自适应滑模控... 针对在定权重模型预测舵减摇控制下的欠驱动船舶转向响应较慢的问题,提出一种基于模糊扩张状态观测器(FESO)的滑模预测串级舵减摇控制方法。建立线性三自由度欠驱动船舶运动模型,设计FESO来估计船舶状态和外部扰动,设计离散自适应滑模控制(DASMC)作为串级外环航向控制,以外环控制作为预期控制律,设计模型预测控制(MPC)作为串级内环减摇控制。通过分析船舶的航向误差和航行情况,设计模糊规则在不同航行情况下改变MPC目标函数的状态权重和控制输入权重,理论证明了所设计观测器的收敛性和控制方法的闭环稳定性。通过对一艘多用途海军舰艇进行数值仿真分析,在航向改变的情况下,所设计的控制器减摇率在保证减摇效果的同时,相比固定权重线性MPC在30°的转向的响应时间更少,证明了所提方法能有效提升欠驱动船舶减摇时对转向的响应。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 舵减摇 模糊扩张状态观测器 模型预测控制 滑模控制
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基于模糊线性模型的舵减横摇广义预测控制 被引量:4
20
作者 葛德宏 高启孝 +2 位作者 陈永冰 李安 周岗 《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》 2009年第1期57-60,共4页
舵减摇技术是一项新的减摇技术,通常其控制器设计所用的舰船模型为通用线性模型,对实际上为非线性被控对象的控制性能要下降.文中依据非线性舰船模型,应用模糊神经网络简化出适应于舵减横摇控制器设计的模糊线性模型,并设计了广义预测... 舵减摇技术是一项新的减摇技术,通常其控制器设计所用的舰船模型为通用线性模型,对实际上为非线性被控对象的控制性能要下降.文中依据非线性舰船模型,应用模糊神经网络简化出适应于舵减横摇控制器设计的模糊线性模型,并设计了广义预测控制器.在典型航行工况下进行系统仿真.仿真结果表明,针对模糊线性模型和通用线性模型,用同一种方法与参数设计的2个控制器,前者的减摇率可达到40.70%,要高于后者的25.38%.仿真证明了模糊线性模型的可用性. 展开更多
关键词 模糊线性模型 舵减横摇 广义预测控制 仿真
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