基于Lyapunov稳定性的船舶航向保持控制器非线性反馈改进 被引量：15

1

作者 马超 张显库 杨光平 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2019年第1期150-155,161,共7页

[目的]船舶航向保持是船舶自动导航的核心,其实现离不开非线性控制算法的设计。为了简化控制器的设计过程,提高系统鲁棒性,节省控制器的能量输出,提出一种基于Lyapunov函数改进的具有非线性反馈的控制器。[方法]首先,通过构建Lyapunov函... [目的]船舶航向保持是船舶自动导航的核心,其实现离不开非线性控制算法的设计。为了简化控制器的设计过程,提高系统鲁棒性,节省控制器的能量输出,提出一种基于Lyapunov函数改进的具有非线性反馈的控制器。[方法]首先,通过构建Lyapunov函数,简化控制器设计过程,避免非线性控制律对消系统的非线性项;然后,用指数函数处理后的航向误差代替航向误差本身的非线性反馈项,优化控制系统设计,减少能耗;最后,以实际船舶"育鹏"轮为例进行系统仿真。[结果]结果显示,采用上述方法设计的控制器控制效果良好,更加节能,且系统具有鲁棒性。[结论]研究表明,非线性反馈项的引入可以优化控制系统,其能节能的优点在实际工程应用中具有重要意义。 展开更多

关键词 船舶航向保持 LYAPUNOV稳定性 非线性反馈

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船舶航向保持变论域模糊–最小二乘支持向量机复合控制 被引量：7

2

作者 刘胜 王宇超 傅荟璇 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期485-490,共6页

针对船舶航向运动具有强非线性,并受各种不确定随机干扰的作用,提出了基于最小二乘支持向量机与变论域模糊逻辑的船舶航向保持复合控制方案,该控制方案利用最小二乘支持向量机良好的非线性映射能力建立船舶操纵系统的逆动力学模型,引入... 针对船舶航向运动具有强非线性,并受各种不确定随机干扰的作用,提出了基于最小二乘支持向量机与变论域模糊逻辑的船舶航向保持复合控制方案,该控制方案利用最小二乘支持向量机良好的非线性映射能力建立船舶操纵系统的逆动力学模型,引入协调控制因子,与变论域模糊控制复合形成控制闭环,提高控制系统的控制精度和鲁棒性.仿真结果表明,本文所设计的航向保持控制系统效果良好,对海情的变化具有较好的自适应能力. 展开更多

关键词 船舶航向保持 模糊控制 变论域 最小二乘支持向量机

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风力等效舵角及应用 被引量：7

3

作者 贾欣乐 张显库 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2015年第3期116-123,共8页

船舶航行过程中,风力的干扰影响会致使船舶偏离计划航线,浪费能源,甚至对船舶造成危害。为改善船舶航向保持和航向跟踪的性能,可以对风力强度进行前馈控制;但是,至今对风力与等效舵角之间较准确的数量关系一直缺少了解。论文以三自由度... 船舶航行过程中,风力的干扰影响会致使船舶偏离计划航线,浪费能源,甚至对船舶造成危害。为改善船舶航向保持和航向跟踪的性能,可以对风力强度进行前馈控制;但是,至今对风力与等效舵角之间较准确的数量关系一直缺少了解。论文以三自由度船舶平面运动数学模型为基础,分析了在风干扰下的船舶运行状态,得出了风力等效舵角的机理型计算公式。通过对仿真实验结果的分析可知,将状态反馈控制与利用风力等效舵角的前馈控制相结合,组成的航向复合控制是可行的。 展开更多

关键词 船舶航向保持 风力 等效舵角

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基于减聚类-自适应神经模糊推理的船舶航向保持控制设计 被引量：5

4

作者 陈桂妹 苗保彬 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2019年第4期82-87,139,共7页

为解决船舶在非线性和不确定性条件下的常规航向保持控制参数难以确定和性能较差的问题,提出一种基于减法聚类和神经模糊推理系统(SC-ANFIS)的船舶航向保持控制设计。基于鲁棒PID控制,借助减法聚类算法的学习能力对输入样本进行聚类分析... 为解决船舶在非线性和不确定性条件下的常规航向保持控制参数难以确定和性能较差的问题,提出一种基于减法聚类和神经模糊推理系统(SC-ANFIS)的船舶航向保持控制设计。基于鲁棒PID控制,借助减法聚类算法的学习能力对输入样本进行聚类分析,优化模糊量化和模糊规则,继而用神经-模糊推理的方法解决船舶的不确定性问题和非线性控制问题;同时,为避免维数灾难等问题发生,采用多维隶属度函数设计一种可在线自调整的基于SC-ANFIS的航向保持控制系统,并设计仿真试验进行对比分析。仿真试验结果表明,在存在模型参数摄动和干扰的情况下,基于SC-ANFIS的航向保持控制系统可行、有效,能取得良好的控制效果。 展开更多

关键词 船舶航向保持 自适应神经模糊推理系统 神经网络 减法聚类

原文传递

基于网络的船舶航向保持控制仿真平台设计 被引量：4

5

作者 徐国平 张显库 《中国航海》 CSCD 北大核心 2015年第1期1-3,8,共4页

为使设计的控制器能通过网络控制船舶,根据VB具有的面向对象和用户图形界面设计简单的特点,设计一套基于网络的船舶航向保持控制仿真平台。在该平台上,以"育鲲"轮为被控对象,以PID控制算法为控制器,以Internet为数据通信载体... 为使设计的控制器能通过网络控制船舶,根据VB具有的面向对象和用户图形界面设计简单的特点,设计一套基于网络的船舶航向保持控制仿真平台。在该平台上,以"育鲲"轮为被控对象,以PID控制算法为控制器,以Internet为数据通信载体,进行系统测试。结果表明:该仿真平台操作简单,设计合理,航向保持控制性能良好。 展开更多

关键词 船舶工程 网络控制系统 船舶航向保持 仿真平台

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船舶航向保持静态抗饱和控制 被引量：2

6

作者 周丽明 刘胜 《船舶力学》 EI 北大核心 2011年第7期757-762,共6页

针对船舶航向保持时,由于舵机速率与幅值饱和,导致闭环系统性能下降,甚至不稳定问题,提出了静态抗饱和控制算法。首先用线性系统理论求出的静态无约束控制规律,在控制器中加入幅度与速率饱和模型,再以最小化扰动到被调输出的非线性L2增... 针对船舶航向保持时,由于舵机速率与幅值饱和,导致闭环系统性能下降,甚至不稳定问题,提出了静态抗饱和控制算法。首先用线性系统理论求出的静态无约束控制规律,在控制器中加入幅度与速率饱和模型,再以最小化扰动到被调输出的非线性L2增益为目标,使控制问题转化为具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题,进而求出静态抗饱和补偿增益。设计的控制器简单,满足船舶航向控制精度和节约能源性能要求,解决了由于舵机速率饱和导致的闭环系统不稳定问题,最后通过仿真进行了验证。 展开更多

关键词 线性矩阵不等式 船舶航向保持 幅度与速率饱和 抗饱和补偿器 代数环良定

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基于灰色预测的船舶航向简捷鲁棒控制 被引量：2

7

作者 姜日凡 张显库 《大连工业大学学报》 CAS 北大核心 2018年第1期63-66,共4页

针对船舶在海上运动的大时滞和非线性等特点,采用灰色预测和鲁棒控制相结合的方法,设计了一种船舶航向简捷鲁棒控制器,采用改进的灰色模型对船舶航向偏差进行实时预测,并将预测值应用于简捷鲁棒控制器。仿真试验结果表明,该控制系统是... 针对船舶在海上运动的大时滞和非线性等特点,采用灰色预测和鲁棒控制相结合的方法,设计了一种船舶航向简捷鲁棒控制器,采用改进的灰色模型对船舶航向偏差进行实时预测,并将预测值应用于简捷鲁棒控制器。仿真试验结果表明,该控制系统是可行和有效的,具有较强的鲁棒性。 展开更多

关键词 船舶航向保持 灰色预测 简捷鲁棒控制 时滞

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面对数据丢包的船舶航向保持网络预测控制器 被引量：2

8

作者 张艳 徐成 江锋 《上海海事大学学报》 北大核心 2014年第4期7-10,36,共5页

针对网络控制系统中存在的数据丢包问题,使用一种带有常值补偿机制的广义预测控制(Generalized Predictive Control,GPC)算法设计船舶航向保持的网络预测控制器.首先,利用TrueTime工具箱仿真使用传统GPC算法设计的船舶航向保持的网络预... 针对网络控制系统中存在的数据丢包问题,使用一种带有常值补偿机制的广义预测控制(Generalized Predictive Control,GPC)算法设计船舶航向保持的网络预测控制器.首先,利用TrueTime工具箱仿真使用传统GPC算法设计的船舶航向保持的网络预测控制器.然后,考虑数据丢包对船舶航向保持的网络控制系统造成的影响,使用带有常值补偿机制的GPC算法设计一种新的船舶航向保持的网络预测控制器并进行仿真.仿真结果表明,在数据丢包情况下,采用新方法设计的控制器可以减少船舶航向调节时间,从而改善船舶航向保持的网络预测控制器的控制效果. 展开更多

关键词 船舶航向保持 网络控制系统 数据丢包 补偿机制 广义预测控制(GPC)

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航向保持系统简捷非线性鲁棒控制

9

作者 关巍 张显库 王新屏 《大连海事大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第3期43-47,共5页

为克服船舶航向保持控制系统中传统Backstepping设计方法易产生静差及设计过程过于复杂等不足,提出一种把带积分项的Backstepping方法与闭环增益成形算法相结合的简捷非线性鲁棒控制器设计方案.理论分析和系统仿真结果均表明,通过该方... 为克服船舶航向保持控制系统中传统Backstepping设计方法易产生静差及设计过程过于复杂等不足,提出一种把带积分项的Backstepping方法与闭环增益成形算法相结合的简捷非线性鲁棒控制器设计方案.理论分析和系统仿真结果均表明,通过该方案设计出的控制器可使船舶航向零误差渐近稳定,同时设计过程简捷,控制器结构简单且具有较强的鲁棒性. 展开更多

关键词 船舶航向保持 简捷非线性鲁棒控制 积分Backstepping 闭环增益成形

原文传递

低能耗船舶航向保持混合灵敏度H_∞控制算法 被引量：1

10

作者 刘勇 李文魁 +2 位作者 陈永冰 周永余 周岗 《武汉理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第6期95-97,102,共4页

针对海浪中航行的船舶在航向保持过程中,船艏向处于高频振荡引起的频繁操舵、增加能耗的问题,提出了一种S/KS混合灵敏度H∞鲁棒控制算法。通过设计合理的性能权函数和控制权函数,获得了较高的航向保持精度和干扰抑制性能。在不同海况下... 针对海浪中航行的船舶在航向保持过程中,船艏向处于高频振荡引起的频繁操舵、增加能耗的问题,提出了一种S/KS混合灵敏度H∞鲁棒控制算法。通过设计合理的性能权函数和控制权函数,获得了较高的航向保持精度和干扰抑制性能。在不同海况下与LQ最优控制的对比仿真表明,该控制算法对高频海浪干扰抑制具有良好的鲁棒性,操舵能耗显著降低。 展开更多

关键词 船舶航向保持 H∞控制 低能耗 混合灵敏度

原文传递

神经网络控制器的海上验证

11

作者 郑士贵 《管理观察》 1999年第1期45-46,共2页

本文针对船舶航向保持问题，借助于仿真系统设计了一种神经网络控制器，介绍了模型神经网络NNM的训练、控制器神经网络NNC的训练、闭环控制结构和海上试验结果。认为，本文开发的神经网络控制器在实际呼用上是可行的，其应用简单，鲁棒... 本文针对船舶航向保持问题，借助于仿真系统设计了一种神经网络控制器，介绍了模型神经网络NNM的训练、控制器神经网络NNC的训练、闭环控制结构和海上试验结果。认为，本文开发的神经网络控制器在实际呼用上是可行的，其应用简单，鲁棒性强，在不同的海况下，其航向保持性能良好，控制动作平滑且控制量较小，在长期持续控制中的性能稳定可靠，是一种优良实用的船舶航向控制器。 展开更多

关键词 神经网络控制器 神经网络NN 船舶航向保持 仿真系统设计 航向控制器 闭环控制 持续控制 海上试验 鲁棒性 控制动作

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基于无线网络的船舶航向保持控制仿真平台

12

作者 姜日凡 张显库 《中国航海》 CSCD 北大核心 2017年第1期1-3,78,共4页

为满足基于无线网络的船舶航向保持控制研究的需要,同时针对无线网络控制的仿真研究通常采用软件模拟,而软件模拟未考虑无线网络实际中的不确定性,仿真存在局限性的问题,设计一套基于现实的通用分组无线服务技术(General Packet Radio S... 为满足基于无线网络的船舶航向保持控制研究的需要,同时针对无线网络控制的仿真研究通常采用软件模拟,而软件模拟未考虑无线网络实际中的不确定性,仿真存在局限性的问题,设计一套基于现实的通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service,GPRS)和ZigBee无线网络的近海或内河船舶航向保持控制仿真平台。仿真结果表明,该平台的无线网络传输数据稳定,航向保持控制性能良好。 展开更多

关键词 船舶工程 船舶航向保持 无线网络控制 通用分组无线服务技术 ZIGBEE

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带有执行器的船舶航向控制反馈线性化设计 被引量：7

13

作者 郑云峰 杨盐生 李铁山 《大连海事大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第3期14-17,共4页

针对带有执行机构的船舶航向保持控制系统,采用输入 状态反馈线性化方法设计控制器.由于船舶航向保持控制系统数学模型满足"三角形系统"的形式,可以直接得到反馈线性化的充分必要条件,可以避免反馈线性化理论中复杂对合条件... 针对带有执行机构的船舶航向保持控制系统,采用输入 状态反馈线性化方法设计控制器.由于船舶航向保持控制系统数学模型满足"三角形系统"的形式,可以直接得到反馈线性化的充分必要条件,可以避免反馈线性化理论中复杂对合条件的验证.基于该控制器,可以使得偏航船舶以指数渐进镇定于设定航向.并以大连海事大学远洋实习船"育龙"号为例,利用Matlab的Simulink工具箱进行了仿真研究,对所提出的控制器进行了验证. 展开更多

关键词 船舶航向保持控制 输入-状态反馈线性化 三角形系统 执行机构

原文传递

船舶航向保持系统的云模型控制研究 被引量：6

14

作者 高键 周岸 李众 《江苏科技大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2008年第5期11-16,共6页

云模型是对语言值所蕴含的模糊性和随机性的一种数学描述,它用期望值Ex,熵En和超熵He表征定性概念,将概念的模糊性和随机性集成在一起,是实现知识库中定量与定性之间相互转换的一种新途径.本文论述了模糊子集的云模型表示、基于云模型... 云模型是对语言值所蕴含的模糊性和随机性的一种数学描述,它用期望值Ex,熵En和超熵He表征定性概念,将概念的模糊性和随机性集成在一起,是实现知识库中定量与定性之间相互转换的一种新途径.本文论述了模糊子集的云模型表示、基于云模型控制规则的不确定性推理,并设计了船舶航向保持系统的一维与二维云模型控制器.仿真结果表明,该控制器简易、直观、鲁棒性强,具有良好的控制性能和较好的应用价值. 展开更多

关键词 船舶航向保持系统 云模型 定性推理 智能控制

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基于ARX模型的船舶航向保持LQR控制 被引量：4

15

作者 杨鑫 吴军 +1 位作者 卢秋铸 王亮 《控制工程》 CSCD 北大核心 2020年第6期984-991,共8页

本文以船舶为被控对象,采用具有仿射结构的ARX模型描述船舶航向保持控制过程,分别采用最小二乘法和比较AICc值来辨识模型参数和阶次,通过比较4组ARX模型的一步预测和长期预测结果选择最佳模型。在最佳ARX模型基础上,设计了航向保持LQR控... 本文以船舶为被控对象,采用具有仿射结构的ARX模型描述船舶航向保持控制过程,分别采用最小二乘法和比较AICc值来辨识模型参数和阶次,通过比较4组ARX模型的一步预测和长期预测结果选择最佳模型。在最佳ARX模型基础上,设计了航向保持LQR控制,仿真结果显示,在有无海浪信号扰动下,LQR控制均能很好地实现航向保持,证明了基于ARX模型的船舶航向保持LQR控制方法的有效性。 展开更多

关键词 船舶航向保持控制 ARX模型 LQR控制

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RBF-ARX模型在船舶航向保持系统建模中的应用 被引量：1

16

作者 罗竹 《控制工程》 CSCD 北大核心 2019年第7期1348-1352,共5页

以海洋船舶为被控对象,针对系统的非线性特性,为克服船舶物理模型精确物理参数不易获得等问题,故用统计建模的方法,采用RBF-ARX模型对船舶的航向保持非线性控制过程进行建模.并比较了船舶RBF-ARX模型、ARX模型和物理模型的长期预测输出... 以海洋船舶为被控对象,针对系统的非线性特性,为克服船舶物理模型精确物理参数不易获得等问题,故用统计建模的方法,采用RBF-ARX模型对船舶的航向保持非线性控制过程进行建模.并比较了船舶RBF-ARX模型、ARX模型和物理模型的长期预测输出,验证了RBF-ARX模型在对船舶航向保持控制系统建模中的有效性和优越性. 展开更多

关键词 船舶航向保持系统 非线性系统 RBF-ARX模型

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