基于非线性模型预测的船舶动力定位控制器设计
船舶动力定位系统控制器的设计与仿真_王丽娜_1_3船舶动力定位系统控制技术的发展
1.3船舶动力定位系统控制技术的发展状况动力定位系统中的控制器用来解算推力器应该提供的力和力矩，用以抵抗外界环境的干扰['6]。
国内外常用的动力定位控制技术有以下几种-(1) PID控制早期的控制器代表类型，以经典PID控制为基础，分别对船舶的三个自由度：横荡，纵荡，艏摇进行控制。
风力采用风前馈技术。
根据位置和艏向偏差计算推力大小，然后确定推力分配逻辑产生推力，实现船舶定位。
这种方法在早期曾取得成功。
但是它有不可避免的缺陷：一是除了风前馈以外，位置和艏向控制都不是以模型为基础的，属于事后控制，控制的精度和响应的速度都有局限性；二是若在PID控制器的基础上，采用低通滤波技术，可以滤除高频信号，但它却使定位误差信号产生相位滞后。
这种相位滞后限制了可以用于控制器的相角裕量，因此滤波效果越好，则对控制器带宽和定位精度的限制就愈大；三是PID参数难以选择，一旦海况和船体有变化，PID参数将不得不重新选择。
(2) LQG控制Kalman滤波和最优控制相结合形成了线性二次高斯型LQG控制['7] (Linear Quadratic Guass)，基于LQG控制的第二代动力定位系统应用非常广泛。
现代较多商用船舶的DP系统都是采用的这种控制方案。
Kalman滤波器或扩展Kalman滤波器接收测量的船舶运动综合位置信息，实第1章绪论现以下功能：1)滤除测量噪声和船舶高频运动信号；2)给出船舶低频运动的估计值，该估计值反馈提供给LQG最优控制器；3)状态递推，实时修正低计值，在传感器故障无数据时，系统也能正常运行一段时间。
由于采用Kalman滤波或扩展Kalman滤波，取样和修正能在同一个周完成，因而解决了控制中存在的由于滤波而导致的相位滞后问题。
LQG控制能、安全、鲁棒性能上都有比较大的进歩。
控制精度和响应速度满足了大部求。
然而实际的船舶定位过程是一个复杂的高度非线性的过程，在动力定位设计时，如若假设艏摇角度是一系列固定值又或者假设艏摇很小（采用小角论），在此基础上对船舶运动方程进行线性化从而获得的模型是不够精确的。
基于Terminal的船舶动力定位系统控制器设计
基 于 Ｔ ｒ ｎ ｌ 船 舶 动 力 定 位 系统 控 制 器 设 计 ｅｍｉａ 的
邱 路 ，肖健 梅 ．王锡 淮
（ 上海 海事 大学 物 流 工程学 院 ，上海 ２０３ ） ０ １５
ｃ ｌ ｏ ｔ ｎｎ ｙ ｔｍ ｆｓ ｉｓ；ｍａ ｈ ｍａｔ ａｌ ａｌ ｐ ｓｉｏ ｉｇ ｓ ｓｅ ｏ ｈｐ ｙ ｉ ｔｅ ｉ ｃ ｍｏｄ ｅｌ
分别 为纵向、 向的推力和推力矩 ； 横 卵 ，： ，为零均值 高斯 白噪声 ； ７、 ，
、 、
０ 引言
船舶动力定位 系统 简称 Ｄ Ｐ系 统 ， 是 一种 主动 闭环 系 它 统， 其作用在 于能够使船 舶或者 海上作 业平 台 ， 借助锚 泊系 不
Ｕｎｖ ｒｉ Ｓ ａ ｇ ￣ ２０ ３ ， ｉａ） ｉｅｓｙ， ｈ ｎ ｈ ０ １５ Ｃｈｎ ｔ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒｃ ：Ｓｌ ｉｇ ｍｏｄ ａｒ ｂｅ ｓ ｒｃ ｕｅ ｃ ｔｏ Ｓ ａ ｓ ｅ ａ ｏ ｔｏｌ ｉｎ ｄ ｅ ｖ ｉ ｌ ｔｕ ｔ ｒ ｏｎｒ Ｉｉ ｐ ｃｉＩｃ ｎ ｒ ａ
关 键 词 ：终端 滑模 变 结 构 控 制 ；动 力 定 位 系 统 ；数 学 模 型 中图 分 类 号 ： Ｐ ８ Ｔ １ 文献标志码 ： Ａ
船舶在海面上 的运 动是非 常 复杂 的 ， 一般 分为 风 、 、 流 二 阶波浪力引起的低 频 运动 和一 阶波浪 力 引起 的高频 运动 ， 其 中， 低频运动会使船舶缓 慢偏离 原来位置 ， 高频 运动仅 表现为 周 期振荡 ， 不改变位 置。常用 的控制用低频数学模型如下 ：
ｏ ｏ ｌ ｅ ｒ １ ｉｎ’ ｅ ｓ ｔ ｅ ｔ ｓ ｕ ｂ ｃ ｆ ｎ ｎ ｉ ａ ． ｔ ｓ ｔ ｓ ｎ ｉ ｖ ｏ ｄｉｔ ｒ ａｎ ｅ。 ｅ ｓ ｏ ｂ ｅ ｌ ｅｄ． ｎ ｉ ａ ｙ ｔ ｅ ｒ ａｉ ｚ
船舶航向非线性反演自适应滑模控制
关键 词 ： Ｂ ｅ ｃ ｈ模 型 ； 反演法； 自适 应 ； Ｌ ｙ ａ ｐ ｕ ｎ Байду номын сангаас ｖ； 滑 模 控 制
中 图分类号 ： Ｕ ６ ６ ６ ． １ ５ ３
文献标 识 码 ： Ａ
文章 编号 ： １ ６ ７ ２— ７ ６ ４ ９ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３— ０ １ ３ ６— ０ ３ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ４ ０ ４ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２— ７ ６ ４ ９ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ３ ． ０ ２ ８
Ｓｈ ｉ ｐ ｃ ｏ ｕ ｒ ｓ ｅ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎｅ ａ ｒ ａ ｄ ａ ｐｔ ｉ ｖ ｅ ｓ ｌ ｉ ｄｉ ｎｇ ｍｏ ｄｅ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｂ ａ ｃ ｋｓ ｔ ｅ ｐｐ ｉ ｎ ｇ
Ｗ ＡＮＧ Ｒ ｅ ｎ — ｑ ｉ ａ ｎ ｇ ， ＣＨＥ Ｎ Ｊ ｉ ｎ — ｔ ａ ｏ
摘 要 ： 为实现船舶在大幅度改向操 纵运 动中航 向准确快速 跟踪控制 ， 采用 Ｂ ｅ ｃ ｈ船舶操 纵运动 数学模 型精
确描 述船 舶 运 动性 能 。考 虑 到 船 舶 运 动 中 固有 的 非 线 性 、 模 型不 确 定 性 和 风 、 浪、 流等干扰影响 ， 设 计 一 种 船 舶 航 向 非 线性 自适 应 滑 模 控 制 器 。 利 用 反 演 法 将 滑 模 控 制 技 术 与 自适 应 控 制 技 术 相 结 合 设 计 航 向 改 变 控 制 算 法 ， 借 助 Ｌ ｙ ａ ｐ ｕ ｎ ｏ ｖ 稳 定 性 定 理 证 明控 制 系 统 渐 近 稳 定 ， 并 进 行 船 舶 航 向控 制 仿 真 。仿 真 结 果 表 明 ， 本 文 所 设 计 的船 舶 航 向 改 变 控 制 器性 能优 良 ， 控制舵角合理 ， 控 制 输 出航 向对 本 船 参 数 摄 动 及 外 界 干 扰 不 敏 感 ， 具 有 较 强 的鲁 棒 性 。
船舶动力定位非线性预测控制器的设计
上式 中 栅 为推 进 器 推 力 ，
为 环 境 作 用力 ，
为惯量 矩 阵 ， 且 Ｍ ＝ＭＴ ＞０ ； Ｄ 表 示 线 性 水 动 力
阻尼系数 ； Ｅ 是Ｃ ａ ） 的幅值 ， ∞ 。 是零均值 白噪声。高
频运 动部 分采 用 如下模 型 ：
自适应控制 ， 神经网络控制等等。
本 文 采用 非线 性 船 舶 系 统模 型 ， 运用 估 计 滤 波 方 法 和先 进广 义预 测 控 制 （ Ｇ Ｐ Ｃ） 理论 ， 设 计 了船 舶
为描 述 船 舶 的 水 平 运 动 ， 建立坐标 系如 图 ２ 。
其 中 Ｅ 为 固定 坐标 系 ， ｘ ０ ｙ为 随船 坐标 系 ， 随船 坐 标系 以船 舶重 心 ０作 为原 点 。两坐 标 系的相互 转换 关系为 ： ＝Ｊ （ ） 。
（ ３ ）
慢的 ， 环境力模型采用以下估计形式 ：
ｂ＝一Ｔ ｂ＋Ｅ ６ Ｃ ａ ） ６
本文中使用 Ｃ Ａ Ｒ Ｉ Ｍ Ａ模型作为 Ｇ Ｐ Ｃ预测模 型。
即“ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ Ａｕ ｔ ｏ—Ｒｅ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ Ｍｏ ｖ —
动力定位非线性广 义预测控 制器。经过 系统仿真 验证 ， 控制器具有较 强的鲁棒性 和适 应性 ， 控制效
果 较好 。
１ 非 线性数学模型
船舶在风、 浪、 流， 共 同作 用 下 有 六个 自由度 运
动（ 如图 １ ） 。 由于 纵 摇 ， 横 摇 和 升沉 对 船 舶 水 平 面
２ ０ １ ２年 １ Ｏ月 １ ５日收到 ， ｌ １ 月２ ３日 修改 第一作者简介 ： 王泽远 （ １ ９ ８ ７ 一） ， 男， 河南焦作人 ， 硕 士研究生 ， 主要 研究方 向： 船 舶 动力 定 位 非 线 性 预 测 控 制器 。Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ７ ７ ２ ６ ５ ８ ７ ０ ９
船舶动力定位技术简述
1.动力定位技术背景1.1 国外动力定位技术发展目前，国际上主要的动力定位系统制造商有Kongsberg公司、Converteam公司、Nautronix公司等。
下面分别介绍动力定位系统各个关键组成部分的技术发展现状。
1．动力定位控制系统1)测量系统测量系统是指动力定位系统的位置参考系统和传感器。
国内外动力定位控制系统生产厂家均根据船舶的作业使命选择国内外各专业厂家的产品。
位置参考系统主要采用DGPS，水声位置参考系统主要选择超短基线或长基线声呐，微波位置参考系统可选择Artemis Mk 4，张紧索位置参考系统可选择LTW Mk，激光位置参考系统可选择Fanbeam Mk 4，雷达位置参考系统可选择RADius 500X。
罗经、风传感器、运动参考单元等同样选择各专业生产厂家的产品。
2)控制技术20世纪60年代出现了第一代动力定位产品，该产品采用经典控制理论来设计控制器，通常采用常规的PID控制规律，同时为了避免响应高频运动，采用滤波器剔除偏差信号中的高频成分。
20世纪70年代中叶，Balchen等提出了一种以现代控制理论为基础的控制技术-最优控制和卡尔曼滤波理论相结合的动力定位控制方法，即产生了第二代也是应用比较广泛的动力定位系统。
近年来出现的第三代动力定位系统采用了智能控制理论和方法，使动力定位控制进一步向智能化的方向发展。
智能控制方法主要体现在鲁棒控制、模糊控制、非线性模型预测控制等方面。
2001 年5 月份，挪威著名的Kongsberg Simrad 公司首次展出了一项的新产品—绿色动力定位系统（Green DP），将非线性模型预测控制技术成功地引入到动力定位系统中。
Green DP 控制器由两部分组成：环境补偿器和模型预测控制器。
环境补偿器的设计是为了提供一个缓慢变化的推力指令来补偿一般的环境作用力；模型预测控制器是通过不断求解一个精确的船舶非线性动态数学模型，用以预测船舶的预期行为。
基于Backstepping的非线性船舶航迹跟踪控制器设计
品的特殊 船 舶 来 说 ， 旦 出 现事 故 ， 会 产 生 非 常 一 将
严重 的环 境 污 染 问 题 。另 一 方 面 ， 舶 航 行 时 ， 船 航
化 的控 制器 综 合 方 法 。将 Ｌａｕｏ ｙｐｎｖ函数 的 选 取 与 控制 器 的设计 相结 合 ， 用 系统 的结 构 特性 递 推 地 利 构造 出整个 系统 的 Ｌａｕｏ ｙｐｎｖ函数 ， 通过 从 系统 的最
关键词
航迹跟踪
非线性
三 自由度
Ｂ ｃｓ ｐ ｉｇ ａｋｔ ｐｎ ｅ Ａ
中图法分类号
Ｕ ７ ． Ｔ ２ ３ ６５ ６ Ｐ ７ ；
文献标志码
水运 是完 成地 区间 、 国与 国 间大宗货 物 贸 易最 有效最 经 济 的运 输 方 式 之 一 。船 舶 在 海 上 航 行 充
满 了风 、 、 、 、 等 各 种 不 可 预 测 的 危 险 。 随 浪 流 雾 礁 着海 上运输 事业 的 日渐 繁 忙 ， 舶 的安 全 问题显 得 船 愈加 突 出 。特别 是对 大 型 油 轮 和 一 些 运 载 化 学 物
，
１ ３期
金小婷 ， ： 于 Ｂ ｃｓ ｐｉｇ的非线性船舶航迹跟踪控制器设计 等 基 ａｋｔ ｐｎ ｅ
３４ １７
移 动 自由度 和 三个 转 动 自 由度 。 因此 是 一 个 具 有
转变 换矩 阵 Ｒ （ ）＝ （ 。 Ｒ ）
且
六 个 自由度 的三维 空 间 的 刚体 运 动 ， 而且 每 个 自由 度 运动 之间是 非线性 耦合 的 。 在 以往 的研 究 中， 大都 将 船 舶 的运 动模 型 近 似
低 阶次微分 方 程 开始 ， 入 虚 拟 控 制 的概 念 ， 步 引 一
基于非线性自适应控制器的船舶动力定位系统设计
舰船科学技术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol. 40, No. 5A May , 2018
基于非线性自适应控制器的船舶动力定位系统设计
吕 莉，李 艳 (四川工业科技学院 电子信息工程学院，四川 德阳 618000)
摘 要: 船舶的动力定位是指借助分布于船体四周的推进器和船舶动力控制系统，产生一定方向和大小的推 进作用力，抵消来自海风、海浪等作用力和作用力矩，使船舶不需要借助锚链等固定设备就可以在海上保持稳定的 定位。船舶动力定位具有精度高、稳定性强、灵活性强等优点，目前在深海探测、深海资源开发等领域获得了广泛 的应用。动力定位系统的核心是动力控制系统，该控制系统是个典型的非线性系统，本文设计了一种基于非线性模 糊自适应控制器的船舶动力定位系统，建立了船舶动力定位系统的模型，并分析了该动力定位系统的运行原理。
本文首先介绍了船舶动力定位系统的组成，并建 立了动力定位系统的数学模型，然后结合非线性自适 应控制方法，设计了一种新型的船舶动力定位系统， 并对该动力定位系统做了仿真试验。
1 船舶动力定位系统的研究与数学模型的建立
通常，船舶动力定位系统由传感器、控制器和动
收稿日期: 2018 – 03 – 20 基金项目: 四川省科技厅支撑计划项目 (2014000000) 作者简介: 吕莉 (1982 – )，女，硕士，讲师，主要从事软件技术的研究。
关键词：非线性自适应；自适应控制器；动力定位
中图分类号：U662.26 文献标识码：A
文章编号： 1672 – 7649(2018)5A – 0097 – 03
doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2018.5A.033
船舶动力定位控制系统的非线性观测器设计
船舶动力定位控制系统的非线性观测器设计I. 引言- 船舶动力定位控制系统的背景和意义- 国内外研究现状和存在的问题- 本文研究的目的和意义II. 船舶动力定位控制系统的建立- 船舶动力学建模- 动力定位控制系统的结构- 基础控制结构设计III. 非线性观测器的理论基础- 观测器的基本概念和原理- 非线性观测器的设计方法- 非线性观测器在船舶动力定位控制系统中的应用IV. 船舶动力定位控制系统的非线性观测器设计-系统状态变量的选取-非线性观测器的结构设计-观测器参数的选择与优化V. 仿真实验-建立系统仿真模型-基于MATLAB/Simulink的仿真实验-仿真实验结果分析和讨论VI. 结论与展望-论文研究工作的总结-对船舶动力定位控制系统及非线性观测器设计的展望和未来研究方向参考文献第一章节：引言船舶行业的发展对动力定位控制系统提出了更高的要求，这种系统能够帮助船舶在特定的水域内定位和轨迹跟踪。
随着科技的发展，船舶是越来越无人化、自主化，对其精确控制的需求也越来越强烈，尤其是在精细作业、海上勘探、水文测量等方面。
因为船舶受到海上环境因素的影响，如风、浪、潮流等，因此定位和轨迹跟踪的精度受到影响。
为了克服这些影响，可以使用动力定位控制系统，该系统能够控制和维持船舶的位置和航向，从而实现更高的精度和稳定性。
近年来，随着非线性系统控制理论的发展，非线性观测器已经成为机器人控制、制造、气动航天及船舶动力定位控制系统等领域的研究热点之一。
该方法通过预测先验对被隐含的、不可测的状态进行估计，从而提高系统控制性能。
然而，在船舶动力定位控制系统的应用中，非线性观测器的研究还存在很多问题。
因此，本文旨在探讨船舶动力定位控制系统的非线性观测器设计，提出一种基于非线性观测器的船舶动力定位控制系统，以提高其定位和轨迹跟踪的精度和稳定性。
通过建立系统模型和非线性观测器的设计，本研究将有望对船舶动力定位控制系统的发展做出贡献。
非线性船舶动力定位系统反步控制器设计
非线性船舶动力定位系统反步控制器设计
吴小泽;王钦若;陈填锐;高娜
【期刊名称】《测控技术》
【年(卷),期】2014(033)006
【摘要】针对船舶动力定位系统中数学模型具有耦合、非线性、不稳定等特点,设计了一种基于反步法的非线性输出反馈控制器.首先,采用反步法原理引进位置误差和速度误差并定义了两个子系统的虚拟控制状态向量,结合供给船舶模型建立的非线性数学模型,提出了船舶非线性动力定位系统的控制算法,设计了输出反馈控制器.然后,通过李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论验证了所设计的控制器具有全局渐近稳定性.最后,针对定位性能和轨迹跟踪性能做了仿真分析,验证了该控制方法的有效性.
【总页数】4页(P60-63)
【作者】吴小泽;王钦若;陈填锐;高娜
【作者单位】广东工业大学自动化学院,广东广州 510006;广东工业大学自动化学院,广东广州 510006;广东工业大学自动化学院,广东广州 510006;广东工业大学自动化学院,广东广州 510006
【正文语种】中文
【中图分类】TP13
【相关文献】
1.船舶动力定位系统非线性Kalman滤波器的设计 [J], 梁仕新;王钦若;班勃;叶宝玉
2.船舶动力定位非线性自适应反步控制器设计 [J], 叶宝玉;王钦若;熊建斌
3.船舶动力定位系统中的非线性滤波器设计研究 [J], 李树红
4.基于非线性自适应控制器的船舶动力定位系统设计 [J], 吕莉;李艳
5.船舶动力定位系统非线性估计滤波器的设计 [J], 蔡礼渊
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非线性模型预测控制在动力定位中的应用研究
Candidate: Sui Yu-feng Supervisor: Associate Prof. Wang Yuan-hui Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Control Theory and Control Engineering Date of Submission: Dec , 2012 Date of Oral Examination: Mar , 2013 University: Harbin Engineering University
哈尔滨工程大学
2012 年 12 月
分类号： UDC ：
密级： 编号：
工学硕士学位论文
非线性模型预测控制在动力定位中的应用研究
硕 士 研 究 生 ：隋玉峰 指 导 教 师 ：王元慧 学 位 级 别 ：工学硕士 学 科 、 专 业 ：控制理论与控制工程 所 在 单 位 ：自动化学院 论文提交日期 ：2012 年 12 月 论文答辩日期 ：2013 年 3 月 学位授予单位 ：哈尔滨工程大学
分类号：___________ U D C ：___________
密级：___________ 编号：___________
工学硕士学位论文
非线性模型预测控制在动力定位中的应用研究
硕 士 研 究 生 ：隋玉峰 指 导 教 师 ：王元慧 副教授
学科、 专业 ：控制理论与控制工程 论 文 主 审 人 ：付明玉 教授
哈尔滨工程大学硕士学位论文
哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明
本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。 有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注 明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 作者（签字）： 日期： 年 月 日
基于非线性滤波器的船舶动力定位系统
基于非线性滤波器的船舶动力定位系统李娇娇;施小成;孟羽泽;申双荣【摘要】为使船舶动力定位系统在环境扰动下能够精准有效地进行各项海洋作业,需要对所测得的船舶位置和艏向信息进行滤波估计.文中设计一种非线性滤波器,实现从测量值中分离出高频信号和低频信号,以及去除来自系统噪声和测量噪声的扰动影响,同时对环境扰动风和流分别进行状态滤波,以实现速度和方向的估计跟踪,最后通过仿真试验验证了这种非线性滤波器的状态估计性能,分析结果表明:该滤波器对船舶位姿和环境扰动都具有很好的估计效果.%For the purpose of assuring ship dynamic positioning system to complete various offshore operations with ocean environmental disturbances,it is necessary to estimate vessel positions,heading,and corresponding velocities using measured information.Here a nonlinear filter was designed,which can depart the high frequency and low frequency signals from the measurement values,and remove the influence of system noise and measured noise.Meanwhile the filter can also estimate the environmental states about wind and current separately,so as to estimate and track speed and direction.According to the simulation results,the performance of the nonlinear filter was verified,which shows an excellent effect on the estimations of positions and the tracking of environment disturbances.【期刊名称】《应用科技》【年(卷),期】2017(044)002【总页数】6页(P23-28)【关键词】动力定位系统;非线性滤波;环境扰动;测量噪声;状态估计【作者】李娇娇;施小成;孟羽泽;申双荣【作者单位】哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TP274.2随着水下资源需求的不断扩大，各种浮式结构物在海洋中的运动日益受到重视，其中动力定位系统在该领域中的应用也得到广泛关注。
基于模糊预测控制的船舶动力定位系统的设计
基于模糊预测控制的船舶动力定位系统的设计熊卫卫;何祖军【摘要】A fuzzy predictive control scheme is proposed in dynamic positioning and a fuzzy predictive controller was designed base on the study of dynamic ship positioning. First, in the predictive control part, the designs of predictive model and correcting on line of predictive control are discussed. In the fuzzy control part, membership functions and fuzzy rules of fuzzy control are discussed. Evaluation of the algorithms and fuzzy predictive controller is made with project date. Simulation＇results show that the fuzzy predictive controller can hold the position and heading effectively.%在系统分析和研究船舶动力定位系统的基础上,提出一种基于模糊预测控制的船舶动力定位的方法,设计了模糊预测控制器。
首先,在预测控制部分,探讨预测模型和反馈校正的设计;在模糊控制部分,研究隶属函数和模糊规则的具体制定。
最后采用工程数据,对该算法和模糊预测控制器进行了仿真验证和性能评判,结果表明,所设计的控制器能对船舶进行有效的定位。
【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2012(020)003【总页数】3页(P121-123)【关键词】船舶;动力定位;模糊预测控制;数学模型【作者】熊卫卫;何祖军【作者单位】江苏科技大学电子信息学院,江苏镇江212003;江苏科技大学电子信息学院,江苏镇江212003【正文语种】中文【中图分类】U664.81动力定位系统是一种船舶依靠自身的推力系统来抵御外界风、浪、流等环境干扰力，从而使船舶固定于海平面的某一固定位置或者沿某一航迹行驶的系统。
船舶航向非线性系统的模型参考模糊自适应控制
44卷 第3期(总第162期)中 国 造 船Vol.44 No.3(Serial No.162) 2003年9月SHIPBUILDING OF CHINA Sep.2003文章编号:1000-4882(2003)03-0085-09船舶航向非线性系统的模型参考模糊自适应控制杨 盐 生(大连海事大学航海学院,辽宁 大连 116026)摘要考虑船舶航向控制系统模型中存在不确定非线性函数,并假设该函数是连续的,在以模糊系统对该函数进行逼近的基础上,利用L yapunov理论,提出了一种新的模型参考模糊自适应控制算法。
其特点是,无论取多少条模糊系统规则,自适应学习的参数只有一个,便于工程实现,而且还确保闭环系统渐近稳定,并使系统的模型跟踪误差为零。
最后以远洋实习船“育龙轮”为例,进行了船舶航向模型参考模糊自适应自动舵设计,并利用M at lab工具箱进行了仿真研究,结果证明该算法十分有效。
关 键 词:船舶、舰船工程;航向控制;自适应控制;模糊控制;非线性系统中图分类号:U664.36;T P271.61 文献标识码:A 1 引 言航向控制是控制理论应用较早且取得较好成果的一个领域。
早在上世纪20年代,古典控制理论就首先应用于船舶航向控制,发明了PID自动舵。
70年代末,模型参考自适应控制[1]和最小方差自校正控制[2]等自适应控制技术又相继应用于船舶航向控制。
但是,由于船舶运动的复杂性,受到的环境影响是随机的和难以预测的,上述控制算法并没有能彻底解决船舶航向的控制问题。
近年来,随着计算机技术和现代化控制理论的不断发展,各种新的控制算法,如神经网络控制[3]、变结构控制[4]、H∞鲁棒控制[5]、广义预测控制[6]等算法,都先后应用于船舶航向控制。
模型参考自适应控制技术首先由Amerongen[1]于70年代末应用于船舶航向控制,当时仅针对船舶航向系统的线性模型,而且也未考虑环境影响的不确定性,所以控制效果不尽人意。
基于非线性Backstepping的船舶动力定位控制算法研究
基于非线性Backstepping的船舶动力定位控制算法研究黄珍;毕传林
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2018(0)2X
【摘要】船舶动力的定位控制属于是闭环控制系统,因风浪等一些环境产生的干扰,使船舶动力的定位控制存在不确定性的干扰控制问题。
当前算法对船舶的动力进行定位控制时没有对船舶的动力进行定位,导致船舶动力定位控制不准确的问题。
提出一种基于非线性Backstepping的船舶动力定位控制的算法。
对船舶动力定位控制的数学模型进行构建,利用非线性Backstepping反步积分的控制原理为基础,通过对Lyapunov函数递推进行2步船舶控制律进行构造,有效地提高了定位的精确度,由此完成对非线性Backstepping的船舶动力定位控制算法的研究。
实验结果证明,利用该算法使船舶动力定位控制的精确度较高。
【总页数】3页(P55-57)
【关键词】非线性;Backstepping;船舶动力;定位控制
【作者】黄珍;毕传林
【作者单位】九江职业技术学院信息工程学院，江西九江332007
【正文语种】中文
【中图分类】U664.82
【相关文献】
1.基于非线性模型预测的船舶动力定位控制器设计 [J], 王元慧;隋玉峰;吴静
2.基于非线性控制理论的船舶动力定位控制系统的数学模型 [J], 刘芙蓉;陈辉
3.基于迭代滑模的船舶动力定位非线性控制 [J], 陈海力;任鸿翔;杨柏丞;衣莹
4.基于非线性自适应控制器的船舶动力定位系统设计 [J], 吕莉;李艳
5.非线性Backstepping算法在船舶动力定位系统控制的应用 [J], 牛兴霞;章小丹因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于非线性微分几何理论的舰载机自动着舰飞控系统设计及仿真的开题报告
基于非线性微分几何理论的舰载机自动着舰飞控系
统设计及仿真的开题报告
尊敬的指导老师：
本人计划进行的课题为基于非线性微分几何理论的舰载机自动着舰
飞控系统设计及仿真。
本课题的研究背景是随着现代战争的演变和发展，舰载机的作战能
力和导航系统要求越来越高，针对舰载机自动着舰飞控系统的研究和开
发也越来越得到重视。
本研究将采用非线性微分几何理论，结合飞机动
力学和控制理论，为舰载机自动着舰飞控系统的设计提供一种新的思路。
本课题预期的研究内容包括以下几个方面：
1. 研究非线性微分几何理论及其在飞控系统中的应用。
2. 分析舰载机自动着舰过程及其特点，建立舰载机自动着舰的数学
模型。
3. 研究舰载机自动着舰飞控系统的设计方法及其实现方案。
4. 开展仿真实验，验证设计方案的有效性，分析仿真结果。
本课题的研究意义在于提高舰载机自动着舰飞控系统的精度和稳定性，为舰队作战提供可靠的飞行保障。
同时，利用非线性微分几何理论，为飞行器自动导航、控制等领域的研究提供一种新的理论框架。
本人将在指导老师的指导下，积极推进课题研究，力求取得实质性
的研究成果。
谢谢指导老师的关注和支持！
敬礼，
xxx
日期：年月日。
船舶航向非线性系统自适应动态面控制器设计
船舶航向非线性系统自适应动态面控制器设计
孙红英;于风卫
【期刊名称】《中国航海》
【年(卷),期】2008(031)003
【摘要】针对船舶航向控制非线性系统模型中存在的不确定性和外界干扰的影响,采用动态面控制算法设计了一种鲁棒自适应控制器.由于在反步法设计过程中加入了一阶低通滤波器使得该方法无需对模型非线性多次微分,因而设计方法简单.所设计的鲁棒自适应控制器不仅能保证闭环系统的半全局渐近稳定,使得输出渐进跟踪期望轨迹;而且,跟踪误差可以通过控制器的设计参数加以调整.以中远集装箱船COSCO Shanghai号为例进行仿真研究,结果证明所设计的控制器是有效的.【总页数】4页(P236-239)
【作者】孙红英;于风卫
【作者单位】青岛远洋船员学院,山东,青岛,266071;青岛远洋船员学院,山东,青岛,266071
【正文语种】中文
【中图分类】U664.82
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基 于 非 线性 模 型 预 测 的船舶 动 力定 位 控 制器 设 计
王元 慧 ，隋 玉峰 ，吴 静
（ 哈 尔滨 工程 大 学 自动 化 学 院 ， 黑 龙 江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ０ １ ）
摘 要： 针对船舶具有推力及力矩存在约束 的特点 ， 探究 了基 于非线性模 型预测控制 的船舶动力定位控 制器． 建立 了水 面 ３自由度非线性动力定 位船 舶模 型 ， 根据设计控制器需要简化模 型． 在设计 控制器过程 中 ， 结合李 导数 以及相关度 的 概念 ， 利用 非线性模 型预测控制技术 的预测模型 、 滚动优化 和反馈校正 ３个 特点进行控 制器的设计 ， 并判 断控制规律 是 正定 的． 根据某 供给船模 型的相关参数 ， 通过仿真验证 了非线性 模型预测 控制器在船舶 动力定位上 的应用是有效的． 关键词 ： 非线性模型预测控制 ； 动力定位 ； 相关度 ； 非线性系统
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第３ ４卷 第 １期
２ ０ １ ３年 １ 月
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中图分类号 ： Ｕ ６ ６ １ ． ３ ３ ８ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ６ － ７ ０ ４ ３ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ １ － ０ １ １ ０ － ０ ６
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