摘要：[目的]为了解决船舶在海上航行时控制器舵角输出大、打舵频率高、控制速度较慢以及控制精度较低的问题,利用三阶闭环增益成形算法设计鲁棒控制器。[方法]首先,利用三阶闭环增益成形算法设计出线性鲁棒控制器,然后,在控制策略中加入双曲正切非线性修饰以及零阶保持器,在不同海况下对该控制器的性能进行仿真实验。[结果]仿真结果表明,相比于基于非线性修饰的传统PID控制器,在一般海况下,所提控制器在延迟时间、控制精度以及能量输出上分别改进了36%,14%和32%;在恶劣海况下,分别改进了27%,7%和16%。此外,不同海况下该控制器的仿真结果都具有稳定的舵角输出,并可以较快地稳定在临界值附近,证明了其具有较好的鲁棒性。[结论]改进的控制器符合工程实践,对于智能船舶的控制具有较好的应用参考价值。

摘要：为研究无人船的航向保持控制问题,设计节能稳定、鲁棒性强的船舶航向保持控制器。以“育鲲”轮船模为研究对象,根据其相关参数建立船舶Nomoto模型并进行线性自抗扰控制器设计。为了践行低碳航行理念,减少无人船实际航行过程中的能耗,引入双重非线性修饰环节,使用MATLAB的Simulink工具箱进行仿真研究。仿真结果证明:根据船舶Nomoto模型和相关参数建立的线性自抗扰控制环节参数整定简单,使用船舶线性及非线性模型进行仿真试验可验证其具有较好的稳定性和鲁棒性。基于现有研究,引入双重非线性修饰环节,使用非线性函数对控制器的输出信号进行非线性化处理,使系统在使用更低能量输入时可得到更好的控制效果,实现无人船航行过程中的节能目标。使用文章所提控制方法可很好地实现无人船航向保持控制,降低船舶航行过程的能耗,具有一定的工程实用意义。

摘要：为了提高多输入多输出(MIMO)不稳定系统控制器的鲁棒性与节能效果,以大连海事大学教学实习船“育鲲”轮在波浪上纵摇和升沉运动的数学模型为研究对象,将数学模型的分子分母具有不稳定零极点过程使用根轨迹成形技术以及引用数学工具加权矩阵将其根轨迹拉到左半平面.之后运用闭环增益成形算法设计控制器的思路,以成形后的模型用一阶闭环增益成形算法设计鲁棒控制器,再引入双极性S函数驱动的非线性反馈代替原有的误差线性反馈.从仿真结果可以看出,在模型产生摄动时,非线性反馈控制改进了升沉和纵摇,控制能量大幅减少,对模型干扰具有鲁棒性能.该方案求解过程简单,并且整个系统控制器与被控对象物理意义明确,设计所得的控制器阶次较低,且补充完善了MIMO不稳定系统的控制器设计方法.

摘要：【目的】研究船舶在实现良好减纵摇控制效果的前提下进一步减小能量损耗,并在产生摄动时,能继续保持良好的鲁棒性能。【方法】以大连海事大学育鲲轮的纵摇运动数学模型为研究对象,建立多输入多输出(MIMO)不稳定控制系统,对其具有不稳定零极点的传递函数数学模型使用根轨迹成形技术,以及引用数学工具加权矩阵将其根轨迹拉到左半平面,以成形后的模型用一阶闭环增益成形算法设计鲁棒控制器,使用反正切函数驱动的非线性反馈代替原有的误差反馈得到最终控制律。【结果与结论】仿真结果表明,在船舶模型产生摄动时,非线性反馈控制改进船舶的升沉和纵摇,控制能量大幅减少、对模型干扰具有鲁棒性能。所设计控制器具有较好的减纵摇与节能效果。

摘要：针对存在时变干扰和通信受限的船舶艏向保持控制问题,本文设计了一种基于混合阈值事件触发机制的船舶自适应神经滑模控制算法.首先,采用径向基函数神经网络(RBF-NNs)对控制系统的模型不确定部分进行在线逼近.其次,构造了一种比例积分滑模面和基于混合阈值参数的事件触发规则来降低时变干扰引起的系统抖振和减少传输信道的通信资源占用.并且在理论上分析了事件触发技术能够增强闭环控制系统对低频扰动的抗扰性.最后,通过Lyapunov理论证明了所提控制算法能够保证所有误差信号满足半全局一致最终有界稳定(SGUUB).在时变干扰条件下进行数值仿真,并且与现有控制技术进行对比,仿真结果表明,所提控制算法能够明显减少系统抖振和控制输入频率.

摘要：为简化船舶航向保持非线性控制器设计的过程,通过构建Lyapunov能量函数,将设计步骤由2步变为1步,减少了控制器参数的整定数量,避免了非线性控制律对消系统的非线性项.以实际船舶为例,结果表明,采用以上方法设计的非线性简化控制器具有一定的鲁棒性,主要控制指标良好,施舵合理.

摘要：以非线性Nomoto模型作为船舶运动数学模型,同时,通过线性回归模型,类比引入遗忘因子的随机梯度算法并结合推导出的随机梯度算法,以汽车运输船“Hual Trooper”为例进行仿真实验并对该算法进行推导和验证。结合双曲正切函数,得到非线性新息辨识理论,利用双曲正切函数处理新息。通过Matlab编程比较辨识效果,并通过计算得到辨识准确的情况。在模型建立后,可以通过观察响应比较估计船舶动态。该设计方案具有显著的计算优势,辨识速度更快,辨识效率更高。

摘要：为了进一步完善不稳定系统的鲁棒控制器设计方法,将具有对偶极点的不稳定过程分成纯不稳定过程与一般的稳定过程两部分,对于纯不稳定过程采用先成形再镜像映射的方法,而对于一般的稳定过程则基于极点对消原则直接设计控制器,最后用闭环增益成形算法求解鲁棒控制器。将所设计的鲁棒控制器应用于磁浮列车的悬浮控制中,从仿真结果可以看出,控制效果可以达到小超调(<8%)、无静差、调节时间快(<0.1 s)、对模型摄动具有鲁棒稳定性。

摘要：[目的]针对舵机故障、控制增益未知和海洋环境干扰情况下的欠驱动船舶航向保持问题,设计一种考虑舵机故障的船舶鲁棒自适应航向保持控制算法。[方法]通过结合鲁棒神经阻尼技术和自适应方法,对繁重的神经网络权值进行横向压缩,仅需设计2个自适应学习参数对未知增益和舵机故障参数在线补偿,以确保船舶在舵机故障的情况下能够有效执行航向保持任务。通过李雅普诺夫理论,证明所提出的控制器半全局最终一致稳定有界(semi-global uniform and ultimately bounded,SGUUB)。最后以“育鲲”轮为仿真对象,建立非线性Nomoto数学模型,在海洋干扰下进行对比仿真试验验证。[结果]结果表明,在此策略下,“育鲲”轮在舵机故障情况下平均舵角输出比仿真试验中所对比的传统方法降低了51%,可改善航向保持控制效果。[结论]研究结果可为欠驱动船舶的航向保持控制问题提供借鉴。

摘要：为了合理解释并控制大型油轮操纵过程中出现的船首异常摆动现象,采用驾驶员模型替代原有的比例模型,结合非线性响应型数学模型,建立了驾驶员操纵大型油轮的闭环系统数学方程,发现其与Duffing方程形似,且在一定的参数配置下系统的Lyapunov指数为正,说明可以用混沌理论解释船首异常摆动的现象.为实现航向保持的稳定控制并增强对参数不确定的鲁棒性,基于反步法提出了与模型对应的滑模控制率.仿真结果表明,当混沌艏摇处于理论最大值时,受控系统的稳态舵角仍小于5°,航向偏差小于0.07°,所设计的控制器很好地消除了混沌现象.建立人在回路中的混沌系统的思路较为新颖,借助滑模解决反步法参数不确定的方法简单而有效.