多模型混杂系统及其在船舶与轮机控制领域应用的研究
船舶操纵运动建模中的参数可辨识性问题.pdf
船舶操纵运动建模中的参数可辨识性问题2010年3月29日摘要:为保证系统辨识方法应用于船舶操纵运动建模中的有效性,提高建模精度,研究了船舶操纵运动辨识建模中的参数可辨识性问题.从系统辨识原理和船舶操纵运动数学模型结构特点的角度讨论了参数可辨识性的机理,并结合Mariner船试验数据,应用细长体理论分别计算了附加质量和黏性力导数,并与约束模试验结果进行对比.结果表明,附加质量的理论计算结果具有足够的精度,而黏性力导数的计算结果存在较大误差.为此,在应用系统辨识进行船舶操纵运动建模过程中,可将附加质量预先给定以解决参数可辨识性和提高辨识精度.关键词:船舶操纵运动;系统辨识;参数可辨识性;附加质量;细长体理论0引言对船舶操纵性进行预报是船舶设计阶段的重要工作之一.国际海事组织(IMO)于2002年正式颁布了船舶操纵性标准,对船舶设计阶段的操纵性预报给出了定性和定量的指标,这极大促进了船舶操纵性预报研究.船舶操纵运动数学模型加计算机模拟是一种常用和有效的操纵性预报方法.该方法模型中水动力导数的确定是关键.基于自航模试验或实船试验的系统辨识方法是确定水动力导数的一种方法,该方法简单、有效,而且在应用于实船试验时可以避免因雷诺数不同造成的尺度效应.在辨识技术和试验测量手段不断发展的今天,该方法具有广阔的应用前景.将系统辨识方法应用于船舶操纵运动建模,其思路一般为,将船舶操纵运动视为一个动态的输入-输出响应系统,通过对样本数据的拟合和回归分析,确定船舶操纵运动数学模型中的水动力导数.但是在辨识过程中,并非所有的水动力导数都可以获得,即所谓的参数可辨识性.在给定样本情况下(如果某些水动力导数所对应的变量不可测,显然该导数也是不可辨识的),参数可辨识性主要是由系统辨识方法本身和船舶操纵运动数学模型的结构特点所决定的.从广义的角度,系统辨识过程中的另一个关键性技术问题———参数漂移也可归结为一种参数可辨识性.文献[4]对参数漂移进行了深入的研究.参数可辨识性无疑对系统辨识结果和进一步的船舶操纵性预报结果有重要的影响.目前,解决该问题最有效的方法是结合约束模试验,对自航模试验,可采用理论计算的方法获得部分水动力导数.本文结合Mariner船试验数据,应用细长体理论结果分别计算了附加质量和黏性力导数,并与约束模试验结果进行对比.结果验证了通过附加质量预先给定来处理参数可辨识性方法的有效性.1参数可辨识性机理目前常用的船舶操纵运动数学模型主要包括水动力模型(Abkowitz模型和MMG模型)和响应模型.不论何种模型,一般都可以表示成状态空间模型的形式.文献对该类模型的参数可辨识性问题进行了论述.以一简单的线性三维状态方程为例,其状态空间模型为(1)其中,u为纵向速度;v为横向速度;r为转艏角速度;δ为舵角;θ1～5为附加质量;θ6～10为黏性力导数;θ11～12为舵力导数.记则式(1)可重写为（2）应用系统辨识方法,给定输入δ(k)和输出X(k+1)的时间序列,状态矩阵P-1A和控制矩阵P-1B是可以确定的,但是两个条件无法确定3个未知量P、A、B.一般的,可以先确定附加质量矩阵P,再对其他两个未知量A和B进行辨识.而P的确定可以采用理论计算方法(如细长体理论)或应用数据库(经验公式)方法,也可通过约束模试验测得.目前在应用系统辨识方法进行状态空间模型的水动力导数辨识研究中,附加质量阵的值均预先给定.2附加质量的理论计算和试验比较事实上,应用理论计算得到惯性力导数具有足够的工程精度.文献[6]应用细长体理论计算了横向和转艏方向的附加质量和舵力导数.结果表明,计算结果具有足够的精度.根据文献[6]的计算结果,在细长体假设情况下,船舶作操纵运动时的横向惯性力和转艏惯性力矩分别为(3)(4)其中,ρ为流体密度;d为吃水;L为船长.显然,根据式(3)和(4),附加质量和附加质量惯性矩可计算为(5)(6)(7)(8)无因次化后:(9)而纵向附加质量一般可近似为(10)结合一艘Mariner船的约束模试验,将式(9)和式(10)的计算结果与试验结果比较,结果如表1所示.表1附加质量计算结果与试验值的比较细长体理论计算值约束模试验值/×10-5附加质量(惯性矩)/×10-5Xu′-39.9-42Yv′-728-748Yr′0-9.354Nv′0 4.646Nr′-60.7-43.8由表1可以看出,试验值与理论计算值接近.其中,对Yr′和Nv′乘以相应的角加速度(加速度)后,反映的是船体前后流体惯性力(力矩)的差值.细长体理论假设船体关于横舯剖面前后对称,故Yr′和Nv′值为零.约束模试验结果也表明,与其他附加质量相比,这两个附加质量的数值较小.3黏性力导数理论计算及试验比较前面指出,为解决参数可辨识性问题,可先确定附加质量矩阵P,再对其他两个未知量A(黏性力导数阵)和B(舵力导数向量)进行辨识.从另一个角度,如果能先确定A或B,也可解决参数可辨识性问题.以黏性力导数阵A为例,根据细长体理论,操纵运动船舶的横向黏性力(11)其中,U为船速.根据式(11),可求得黏性线性水动力导数:(12)(13)转艏黏性力矩为(14)可求得线性水动力导数:(15)(16)类似于表1,对Mariner船,把黏性类线性水动力导数的理论计算结果与约束模试验结果比较,结果如表2所示.。
基于发动机实际工况的混合动力船舶建模与仿真
度、 加速 度 ， 续 航 能 力 得不 到 保 障 ， 并 且 电力 推 进
会受 到船 舶重 量和 空 间的要 求 以及最 新 能源存 储 技术 的影 响 Ｊ 。基 于 以上 这 种 情 况 ， 研 究 混 合 动
一
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６—０ ７— ２ １ 修 回 日期 ： ２ ０ １ ６—０ ８— ２ １
第一作者简介 ： 温松 辉（ １ ９ ９ １ 一） ， 男， 硕士生
研究 所 与 上海 国 际港 务 （ 集团 ） 股 份 有 限公 司
研究方 向： 并联 混合 动力游艇系统匹配与优化
用 的例 子并 不 多 。在 ２ ０ １ ０年 上海 世 博 会 上亮 相
了 中国第 一 艘 混 合 动力 船 —— “ 尚德 国盛 ” 号 游 船， 该船 以太 阳能和柴 油机 组作 为混合 动力 ， 能满
足游艇 的典型工况 ， 节省 电力和减排 达 ３ ０ ％ 以 上 。２ ０ １ ６年 ３月 中 国船 舶 重 工 集 团 公 司第 七 一
源， 其 中至少有 一 种 可 以提 供 电 能 的船 舶 ］ 。目 前， 混 合 动力技 术 已经很 成 功 的运 用 在汽 车上 ， 但 是在 船舶 领域 并 没 有 完全 成 熟 ， 实 际成 功 应 用 的
例子 也不 多 。在 国际 上 ， 有些 科 研 人 员 已经 把 自
晚， 在这 个领 域掌 握 的技术 也较 薄弱 ， 因此成 功应
海洋 的污染 问题 已成 为制 约人类 进一 步开 发
己 的一 些 有 关 混 合 动 力 技 术 的 想 法 在 潜 艇 上 实 现 。２ ０ ０ ３年 ４月 ， 世界 上第 一艘燃 料 电池 和柴． 电 混 合 动力 系 统 的潜 艇 在 德 国 基 尔 港 开 始 首 次 试 航， 其 混 合 动 力 系 统 由两 套 推 进 方 式 结 合 而成 。
混杂系统模糊切换多模型控制
江 南 大 学 学 报 （ 然 科 学 版） 自 Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｉｎ ｎ ｎＵ ｉｅｓ ｙ Ｎａｕ ａ Ｓ ｉｎ ｅＥ ｉｏ ） ｏ ｒ ａ ａ ｇ ａ ｎｖｒｉ （ ｔｒｌ ｃ ｃ ｄｔ ｎ ｏＪ ｔ ｅ ｉ
Ｖｏ ．１ Ｎｏ ４ １ １ ．
பைடு நூலகம்
ｌｏ ｙ ｔｍ ｎ ｉ ａｅ ａ ｔｂ ｅ ｓ ｉ ｈ ｎ ｅ ｕ ｎ ｅ ｃ ｎ ｂ ｅ ｉｅ ｉ ｅｅ ｉｔｎ ｅ ｏ ｙ ｏ ｐｓ ｓ ｅ ｉ ｄ ｃ ｔ ｓｔ ｔｓ ｌ ｗ ｔ ｉｇ ｓ ｑ ｅ ｃ ａ ｅｄ ｒｖ ｄ ｗ ｔ ｔ ｘｓｅ ｃ ｆｓ ｍｍｅｒ ｏ ｉ ｖ ｅ ｉｉ ｔ ｘ ｈ ａ ｃ ｈｈ ｔ ｃ ｐ ｓｔ ｅ ｄ ｆ ｔ ｍａｒ ． ｉ ｉ ｎｅ ｉ Ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｒｓ ｎ ｓ ｌｔ ｎ ｈ ｗ ｔ ａ ｒ ｐ ｓ ｄ ａｇ ｒ ｈ ｈ ｓｇ ｏ ｌｂ ｌ ｏ ｖ ｒ ｅ ｃ ｐ ｅ ｈ ｎ ｓ ｄ ｎ ｄ ｓ ｃ ｎｒ １ ｈ ｏ ａ ｏ ｉ ａ ｉ ｓ ｓ ｏ ｈ ｔｐ ｏ ｏ ｅ ｌｏ ｔ ｍ ａ ｏ ｄ ｇ ｏ ａ ｎ ｅ ｇ ｎ ｅ ｓ ｅ ｄ ｔａ ｌ ｉ ｇ ｍｏ ｅ ｏ ｔ ． ｉ ｍｕ ｏ ｉ ｃ ｉ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｒ ｙ ｔｍ，ｆ ｚ ｙ ｓ ｔ ｃ ｉ ｇ ｙ ｗｏ ｄ ：ｈ ｂ ｉ ｓ ｓｅ ｄ ｕ ｚ ｗｉ ｈ ｎ ，ｍｕｔ— ｄ ｌ ｙ ｔｍ ，ｓａ ｉ ｔ ｏ ｄ ｔ ｎ ｈ ｌ ｍｏ ｅ ｓ ｉ ｓ ｅ ｔ ｂｌ ｙ ｃ ｎ ｉ ｏ ｉ ｉ
Ａｕｇ ２ ２ ． ０１
混 杂 系统模 糊 切 换 多模 型控 制
贾宝柱 ， 曹 辉 马 捷 李 德 珊 ， ，
（ ．上 海交通 大学 海 洋工程 国家 重点 实验 室 ，上 海 ２ ０ ３ ； ．大连 海 事 大 学 轮机 工 程 学院 ， １ ００ ０ ２ 辽
船舶动力学及系统建模研究
船舶动力学及系统建模研究船舶动力学是研究船舶在各种外界作用下的运动规律以及驱动力和阻力之间的关系。
在船舶动力学中，最基本的运动方程是牛顿第二定律，即物体受力等于质量乘以加速度。
对于船舶来说，其运动情况由位置、速度和加速度来描述。
船舶在水中运动时受到的作用力包括推进力、阻力、浮力和重力等。
而推进力和阻力则是船舶动力学研究的重点之一舵机系统是指舵机作为控制船舶转向的装置，其主要是通过舰艇自动控制系统的控制系统和元器件的相互作用来实现船体的方向操纵的。
现代化的舵机系统包括电控舵机系统和电液舵机系统等。
电控舵机系统通过电子设备来实现控制，具有响应速度快、控制精度高等特点。
而电液舵机系统则利用液压传动来实现船舶转向，其控制精度和可靠性都相对较好。
船舶的自动控制也是船舶动力学研究的重要内容。
船舶自动控制涉及到舵机系统、推进系统、舵轮位置等多个因素。
船舶自动控制的目的是提高船舶的操纵性能、降低人工操作的难度，使船舶能够更加安全、高效地运行。
船舶系统建模是为了深入了解船舶的运行机理和性能特点，进行仿真分析和控制系统设计。
船舶系统建模一般包括几个步骤：首先是对船舶的运动进行建模，得到运动方程；然后是对舵机系统、推进系统等进行建模，得到相应的数学模型；最后是将这些模型整合在一起，构建出描述整个船舶动力学行为的综合模型。
在船舶系统建模中，常用的方法包括基于物理原理的白化法、基于实验数据的灰化法、基于系统辨识的黑化法等。
这些方法都可以通过采集船舶运行数据、进行实验测试等手段，从不同的角度对船舶进行分析和建模。
总结起来，船舶动力学及系统建模涉及到船舶运动方程、舵机系统、推进系统、自动控制等多个方面的研究内容。
通过对船舶动力学和系统建模的研究，可以深入了解船舶运动规律和控制机理，为船舶的设计和运行优化提供理论支持。
船舶转向控制系统设计及仿真研究
船舶转向控制系统设计及仿真研究作者：吴琦来源：《中国水运》2017年第04期摘要：本文在传统控制的基础上对船舶运动控制方法进行的进一步探讨与研究，利用PID 控制方法对船舶运动的航向进行反馈控制，使其在受风浪等外界环境干扰的情况下，具有良好好的控制效果。
关键词：船舶运动；PID控制；转向模型中图分类号：U665 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）04-0042-021 课题研究的背景及意义船舶航向控制系统的可靠性及性能特点直接关系着航行的安全性和经济性。
从20世纪20年代PID控制应用于船舶航向控制以来，经过实践的不断积累和无数高科技人才的不断探索与完善，其已经成为船舶航向控制领域最基本、最经典的方法。
船舶航向控制系统是一个非线性的、外界环境干扰复杂的系统，从理论上很难用一个精确的数学模型来对其进行描述。
在一些特殊的场合、航道复杂或者进行避碰操作的时候甚至需要极富经验的舵手进行人工操作。
而较为精确的PID控制经过多年的摸索和完善可以极大程度的从经济、环保等方面满足现代船舶航行控制的要求。
2 船舶转向模型推导在确定船舶模型的时候采用野本模型的原因主要是因为参数容易换算出深和航速的关系，但是由于二阶模型在转化为状态空间模型时不便于加上非线性力以及风浪的干扰，于是我们采用野本的三阶模型：3 船舶PID运动控制仿真在进行整个系统的程序流程图搭建之前，我们先要确定系统的原理。
在整个系统中输入量r（t）采用的是给定的阶跃信号，而中间的比例、积分、微分环节，我们采取的是Matlab自带的PID控制器。
而图中的过程对象，在本次设计的实例之中采用的是在前文中已经经过计算得出的船舶模型传递函数，其输出值则和给定一起连接在一个示波器上，通过对示波器的观察就可以得到整个系统的控制效果。
在Matlab中创建一个新的m文件，再打开Simulink控件库，把需要的控件逐个拖拽到m 文件内，再进行控件间的连接。
混杂系统优化控制理论及应用第二讲混杂系统模型
consists of :
Computer science
– A time set T; – A nonempty set X called the state space of Σ;
2013/3/12
Copyright © C. Song, All Rights Reserved
2
Department of Control Science & Engineering
Zhejiang University
动态系统的分类
• 刻画系统对象的微分方程含义:
– map: f
– 初态及初始时刻: x t0 T
– Time-driven: the state of the system changes as time progresses, i.e., continuously (for continuous time systems), or at every tick of the clock (for discrete time systems);
– A nonempty set U called the control-value or input-value space of Σ;
– A map f: Df→X called the transition map of Σ. Where
Df :{(t,t0, x,) | t,t0 T,t t0, x , :[t0,t) U}
Department of Control Science & Engineering Zhejiang University
几种模拟软件的介绍化工
几种模拟软件介绍一、Aspenplus背景介绍AspenPlus是一种广泛应用于化工过程的研究开发，设计，生产过程的控制，优化及技术改造等方面的性能优良的软件。
该模拟系统是麻省理工学院于70年代后期研制开发的。
由美国Aspen技术公司80年代初推向市场，它用严格和最新的计算方法，进行单元和全过程的计算，为企业提供准确的单元操作模型，还可以评估已有装置的优化操作或新建，改建装置的优化设计。
这套系统功能齐全，规模庞大，可应用于化工，炼油，石油化工，气体加工，煤炭，医药，冶金，环境保护，动力，节能，食品等许多工业领域。
AspenPlus是基于流程图的过程稳态模拟软件，包括56种单元操作模型，含5000种纯组分、5000对二元混合物、3314种固体化合物、40000个二元交互作用参数的数据库。
对于一个模拟过程来说，正确的选择准确无误的物性参数是模拟结果好坏的关键。
AspenPlus为单元操作计算提供了热力学性质和传递性质参数，在典型的AspenPlus模拟中常用的物理性质参数有逸度系数，焓，密度，熵和自由能。
AspenPlus 自身拥G有两个通用的数据库：Aspen CD——ASPEN TECH公司自己开发的数据库，DIPPR——美国化工协会物性数据设计院设计的数据库。
另外还有多个专用的数据库，如电解质，固体，燃料产品，这些数据库结合拥有的一些专用状态方程和专用单元操作模块使得AspenPlus软件可使用于固体加工电解质等特需的领域，极大地拓宽了AspenPlus的应用范围。
二、化工流程模拟PRO/II流程模拟技术是与实验研究同样可靠和更为有效的一种研究手段，其应用极大地促进化学工业的发展。
化工流程模拟能使设计最优化，提高设计效率，结果得到效率较高的工厂；对寻找故障，消除“瓶颈”，优化生产条件和操作参数而进行旧厂改进。
另外，模拟仿真在教学培训工作中也具有独特的优越性。
PRO/II是一个在世界范围内应用广泛的流程模拟软件。
十四五国家重点研发计划“智能传感器”重点专项2022年度项目申报指南（征求意见稿）。说明书
“十四五”国家重点研发计划“智能传感器”重点专项2022年度项目申报指南(征求意见稿)1.智能传感基础及前沿技术1.1光声量子纠缠调控机理及加速度传感器研制研究内容：针对无人潜器/飞行器长航时自主导航与定位对高精度、小体积加速度传感器的应用需求，研究光学微腔系统中光子-声子耦合调控方法与纠缠机制；研究超高品质因子微腔可控制造；研究噪声抑制及传感信号高效提取技术；研制微腔光机械量子加速度传感器样机，开展技术验证。
考核指标：建立受限空间超强光子-声子耦合力学量传感模型；微腔Q值优于109；传感器敏感单元体积≤5cm×5cm×5cm；形成加速度光量子传感器样机，精度≤10-10g/Hz1/2，加速度计量程10mg；申请发明专利不少于2项。
组织方式建议：公开竞争1.2精准分子识别智能增强嗅觉传感技术研究研究内容：针对嗅觉传感器在混杂气氛中对多目标分子同时识别的灵敏度低、精准性差等问题，研究高灵敏分子识别材料的设计制备方法，研制对甲基苯丙胺、二亚甲基双氧安非他明、氯胺酮等有害物质的高性能敏感材料；研究分子识别材料表界面在目标分子气氛中的热力学动力学性质，材料结构与其传感性能间的构效关系；研究敏感单元阵列制备与分子识别智能算法，研制感算一体化嗅觉传感器样机。
考核指标：建立分子识别传感器阵列与智能算法相融合的智能仿生嗅觉传感新模式，传感器可在混杂气体中检测甲基苯丙胺、二亚甲基双氧安非他明、氯胺酮等3类以上有害物质，检测下限≤1ppb，检测准确率≥90%，分析时间≤3s；实现在物流或者公共场所毒品检查的试用验证；申请发明专利不少于2项。
组织方式建议：公开竞争1.3微机电同步共振弱力传感机理及器件研究研究内容：针对目前力学传感器小型化中机电非线性限制信噪比提升的共性问题，研究MEMS同步共振等非线性效应与同步共振传感机理；研究非线性MEMS超灵敏力学传感方法；研究微机电器件结构非线性振动多模态表征技术；研究高性能非线性MEMS传感电路和传感器性能测试评价技术；研制超灵敏MEMS力学传感器原型器件，在高精度材料原位力学测试系统等明确的场景中开展技术验证。
智能船舶控制系统中的多智能体协作技术研究
智能船舶控制系统中的多智能体协作技术研究智能船舶控制系统是指通过智能化技术提高船舶运行效率并降低能耗、维护成本的系统。
在智能船舶控制系统中，多智能体协作技术是实现系统智能化的重要手段之一。
多智能体协作技术是指两个及以上智能体个体在完成任务过程中相互协作、相互配合、相互助益的能力，它具备分布式、协同、灵活性等特征，有助于提升智能船舶控制系统的稳定性和鲁棒性。
一、多智能体协作技术的研究意义在传统的船舶控制系统中，常采用集中式控制模式，即船员通过终端直接控制船舶。
然而，这种方式存在一些明显的缺点，如人工操纵容易出现疲劳、失误等情况，而且在恶劣的海况下，如果操作不当，会导致灾难性后果。
而使用多智能体协作技术，可以让多个智能体通过交互、协调和配合完成任务，从而提高系统的稳定性和鲁棒性。
另外，多智能体协作技术也可以实现优化决策、降低系统能耗、减少维护成本、提高整个船舶系统的效率等目标。
二、多智能体协作技术的研究现状目前，多智能体协作技术在智能船舶领域已经开始应用。
一些研究提出了多智能体交互式协作控制方法、多智能体模型预测控制算法等。
其中，多智能体模型预测控制算法具有较大的应用潜力。
它是将多智能体协作控制与模型预测控制相结合的一种新型控制方法。
在这种方法中，通过构建多个预测模型并将其综合，来实现对船舶系统的控制。
在实际应用中，多智能体模型预测控制算法不仅可以降低系统能耗，还可以提高智能船舶系统的安全性和稳定性。
三、多智能体协作技术的发展趋势随着AI技术的发展，未来的智能船舶控制系统将会出现更多的多智能体协作技术。
例如，将深度强化学习与多智能体协作控制相结合，可以进一步提升智能船舶系统的效率和准确性。
此外，未来的智能船舶控制系统还可能会出现自主协作智能体，即通过自主学习和协作，来实现更加精细化的控制。
在这个领域的发展趋势中，多智能体协作技术将会不断演化和升级，为智能船舶控制系统提供更好的支持和保障。
结语多智能体协作技术是未来智能船舶控制系统的重要发展方向之一。
多无人艇集群协同控制研究进展与未来趋势
YE
图 1 地球坐标系和艇体坐标系 Fig. 1 Reference frames: earth-fixed reference frame and body-
fixed reference frame
队 试 验 。 华 中 科 技 大 学 研 发 了 HUSTER 全 自 主 无人艇，完成了 5 艘无人艇的十字和环形编队队 形湖上试验。大连海事大学研制了一套多无人艇 集群协同控制系统，开展了协同路径跟踪、协同 目标跟踪、协同目标包围等协同控制试验，实现 了 7 艘无人艇的“一字”、“人字”、“环形”等多种
无人艇集群控制研究涉及舰船科学、制导与控 制、人工智能、通信科学、计算机科学、仿生学等 众多学科和技术领域，综合多学科理论和技术对 无人艇集群协同控制问题进行研究，为无人艇海 洋作业提供新理论、新方法和新技术，既体现智 能船舶的发展趋势，又满足国家海洋战略的发展 需求，具有重要的科学意义和应用价值[5, 。 8]
挑战，根据多无人艇运动不同的场景，从轨迹导引、路径导引、目标导引 3 个方面综述了多无人艇集群协同控
制的研究进展。最后，对多无人艇协同控制的研究方向和未来趋势进行了总结和展望。
关键词：多无人艇；编队控制；协同控制；集群控制
中图分类号: U674.91
文献标志码: A
DOI：10.19693/j.issn.1673-3185.01923
彭周华等：多无人艇集群协同控制研究进展与未来趋势
53
[N, N, N · m]T； gi(νi)包 括 未 建 模 流 体 动 态 和 建 模
船舶涉及纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇和艏 摇 6 个自由度的运动。对于无人艇而言，通常忽 略垂荡、横摇和纵摇 3 个自由度上的运动。如图 1 所示，一般在 2 个坐标系下对无人艇的运动进行 描 述 ， 即 XE-YE 地 球 坐 标 系 和 XB-YB 船 体 坐 标 系 。 图中，ψi为艏摇角；νi = [ui, vi, ri]T为第i艘无人艇的 线 速 度 和 角 速 度 向 量 ， 单 位 为 [m/s, m/s, rad/s]T， 其中ui和vi分别为 XB-YB 坐标系下的纵荡速度和横 荡速度，ri为艏摇角速度；βi 为侧滑角。
船舶动力学与控制技术的研究
船舶动力学与控制技术的研究在现代工业生产中，船舶作为一种重要的交通工具，在世界贸易及国内经济发展中起着不可忽视的作用。
而作为一个复杂的物理系统，船舶也面临着各种运动特性和控制问题。
因此，船舶动力学和控制技术的研究是船舶设计和运营中的关键问题之一。
船舶动力学是研究船舶行为和航行特性的学科，其内容包括：水动力学、船体运动、推进系统、船舶动力、操纵特性和交通流动等。
这项技术的研究目的是为了解决船舶在不同环境中的运动特性以及运输效率和安全等问题，并进一步优化船舶设计。
在船舶动力学的研究中，船舶运动学是其中一个非常重要的分支，其主要研究船舶在外部环境作用下的变形和运动。
船舶运动学的成果可以应用于基于数值模拟的船体结构和性能的优化设计，以及船舶运动的预测和操纵控制中。
而在船舶控制技术的研究中，船舶自动控制技术已经成为一个重要的领域。
它是指应用机电一体化、自适应控制理论、人工智能和神经网络等先进技术，对船舶的自主导航、自动控制、自适应控制、自我诊断和交互式辅助设计等方面进行研究和发展。
在这些控制技术中，自主导航技术是相对成熟和稳定的一项技术，其基础是利用全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）和电子地图等技术对船舶进行定位和导航。
而自动控制技术则是指将现代控制理论和优化算法应用于船舶自动控制系统中，实现船舶运动和操作的自动化。
除此之外，控制技术的新发展还涉及到风险评估、系统可靠性和安全性、应急控制等方面。
其中，应急控制技术是指在船舶发生危险性事件时，能够自动调整控制系统，从而减少事故的发生和影响。
总之，船舶动力学和控制技术的研究是一个充满挑战的领域，其发展迅速且应用广泛。
对于一个国内经济和海运业发展迅速的国家，加强船舶动力学和控制技术的研究已经成为必要且重要的事情。
舰船装备保障系统多视图建模技术研究
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｓ ｕ ｐ ｐｏ ｒ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｗａ ｒ ｓ ｈ ｉ ｐ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎｔ ｓ ；ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ — ｖ ｉ ｅ ｗ ；ｒ ｅ ｌ ｅ ｖ ａ ｎｃ ｙ ｏ ｆ ｖ ｉ ｅ ｗｓ
行分 析 ， 舰艇 在 三 年 的 使 用 期 中 ， ６ ０ ％ 的 备 件 要 求
舰船 上装 备 众多 ， 而 保 障资 源有 限 ， 因此 ， 需 要 考 虑
如何 分配 保 障资 源 ， 从 而 合理 利 用 和优 化 配置 保 障
ｖ ｅ ｓ ｓ ｅ ｌ ａ ｒ ｍ ｙ， ａ ｎ ｄ ｍｕ ｌ ｔ ｉ － ｖ ｉ ｅ ｗ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕｅ ｉ ｓ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖｅ ｔ ｏ ｏ ｌ ｔ ｏ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｅ ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｔ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｗａ ｒ ｓ ｈｉ ｐ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ． Ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎｇ ｃ ｏ ｕ ｒ ｓ ｅ ｏ ｆ ｓ ｕ ｐｐ ｏ ｒ ｔ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ， ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｙ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｄ ｉ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ｔ ｏ ｉｖ ｆ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗｓ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ
Ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｖ ｉ ｅ ｗ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｏ ｆ Ｓｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ Ｗａ ｒ ｓ ｈ ｉ ｐ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｓ
Ｃ ＡＯ Ｚｈｅ ｈ ａ ｏ 一，Ｌ Ｉ Ｆａ ｎ ｇ。 ＨＥ Ｌ ｅ ｉ
２ ０ １ ３年 １ １ 月 第 ９卷 第 ４期
混杂系统的演化和生存
述．借助于数学理论对这类系统的建模、分析、控制
１混杂系统的发展
经典动力系统和现代动力系统理论的主要研究
和优化的研究，相对来讲已比较成熟，实际中也得到 了广泛应用．此外，还有一类动态系统，系统演化的 尺度不是连续时间，而是由离散事件驱动来导致系 统状态演化，这类系统称为离散事件动态系统 （ＤＥＤＳ）［１］．离散事件动态系统理论是一类反映各种
召开了关于ＨＳ的国际会议［６］，１９９２年在丹麦召开
工作的环节等．所有这些系统的共同特点是：既不同
于只有连续成分的连续变量动态系统，也不同于只 有离散成分的离散事件动态系统，不便于用微分方
了计算机科学问题中的ＨＳ理论专题研讨会［７］．
Ｂｅｎｖｅｎｓｉｔｅ等［８］于１９９３年曾撰文指出，混杂系统理
论已引起广泛注意，成为一个极其重要而富有挑战
于１９６６年发表的关于混杂状态连续时间动态系统
的文章，开创了混杂系统理论研究的先河．ＣｅｌｌｉｅｒＬ３Ｊ
ｔｅｍｓ））、《Ｓｙｓｔｅｍｓ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｅｔｔｅｒｓ））、《Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｎｔｒ０１））等都出版了关于混杂系统的专
刊［１６－３０３．可以说，关于混杂系统的研究越来越受到 重视，在理论研究与应用方面均取得了丰富的成果， 形成了前沿热点．
均是从各自的领域对混杂系统进行定义，目前很难
对混合控制器而言，ＨＳＳ针对被控对象而言，ＨＳＳ的
最终控制实现是ＨＣＳ． ｃ．基于混杂系统的模型形式的分类．研究者基 于各自的背景，针对所研究的对象和问题，按混杂系 统的模型形式，将混杂系统分成为一些特殊的子类，
形成一个统一的定义，但基本可将其归纳为如下几 个方面：
出现了一批反映技术发展水平的人造系统，如：柔性 生产线或装配线、大规模计算机与通讯网络、空中或
船舶动力学研究中的数值模拟技术探讨
船舶动力学研究中的数值模拟技术探讨一、介绍船舶动力学研究是应用力学和流体力学原理，在船舶设计、操纵和性能优化等方面进行科学研究的领域。
数值模拟技术作为船舶动力学研究中的重要工具，在模拟和预测船舶在运动中的行为和性能方面发挥着重要作用。
本文将就船舶动力学研究中的数值模拟技术进行探讨。
二、船舶运动数值模拟的方法1. RANS模拟方法雷诺平均 Navier–Stokes方程组 (RANS)是目前船舶运动数值模拟中常用的方法之一。
它基于雷诺平均假设，将速度和压力分解为平均部分和涨落部分，并求解湍流通量的统计平均值。
虽然RANS的模拟精度一般较低，但它具有计算效率高的优点，适合于较大尺度的船舶运动数值模拟。
2. LES模拟方法大涡模拟 (Large Eddy Simulation, LES) 是一种适用于湍流流动的数值模拟方法，它通过直接模拟大尺度涡旋，对小尺度涡旋进行传输模型来实现。
相比于RANS方法，LES模拟具有更高的模拟精度，可以较好地模拟船舶运动的湍流特性。
然而，由于计算资源的限制，LES模拟仍然在船舶运动数值模拟中具有一定的局限性。
三、船舶流场数值模拟的方法1. 基于势流理论的数值模拟方法基于势流理论的数值模拟方法主要利用势流方程来模拟船舶在无粘流动中的流场。
通过求解势流方程，可以得到船舶周围的速度场、压力场等重要信息，从而分析船舶的流动特性。
基于势流理论的数值模拟方法适用于对船舶运动中的宏观流动特性进行研究。
2. 基于CFD的数值模拟方法计算流体力学 (Computational Fluid Dynamics, CFD) 是一种基于控制方程和数值方法，对流体流动进行数值模拟的方法。
在船舶动力学研究中，基于CFD的数值模拟方法可以较为准确地模拟船舶周围的粘性流场，分析船体表面的压力分布、阻力等因素，为船舶的设计和性能优化提供科学依据。
四、船舶动力学研究中的数值模拟应用1. 船舶性能预测数值模拟技术可以对船舶在不同工况下的性能进行预测，如船舶的阻力、推进性能、操纵性等。
船舶自动控制系统的研究与应用
船舶自动控制系统的研究与应用随着科技的不断进步，人类的生产和生活方式也在快速发展。
传统的人工操控船舶已经不能满足现代海洋运输的需求。
船舶自动控制系统的出现，极大地提升了船舶操纵的智能化程度和安全性。
本文将详细探讨船舶自动控制系统的研究与应用。
一、船舶自动控制系统的定义及其分类船舶自动控制系统是指利用先进的计算机技术，通过各种传感器与执行器，对船舶进行自主控制、导航、动力和助航等功能的一种集成船舶组件。
根据其功用和功能，船舶自动控制系统一般可分为五类：1. 航行控制系统：该系统是指对船舶的航速、航线等数据进行控制，以保证船舶的行驶准确性和安全性；2. 助航系统：该系统是指对于水深、海流、机电设备等信息进行监测和分析，从而提供给船长正确的助航决策；3. 模拟训练系统：该系统主要作为船员训练的工具，通过虚拟环境模拟船舶的操纵，提升船员的技能和反应速度；4. 通讯系统：该系统提供了广泛的通讯渠道，以满足船舶生产和交通管理的需求；5. 船舶安全系统：该系统主要用于监测船舶在运行中出现的异常情况，并采取相应的措施以保证船舶和船员的安全。
二、船舶自动控制系统的研究现状当前船舶自动控制系统的研究已经相对成熟。
最新的研究重点主要体现在以下三个方面:1. 传感器和数据集成：传感器是船舶自动控制系统中最核心的部分，通过传感器采集各类环境和设备数据，并集成各种数据源，对该数据进行处理和分析，以支持高效的决策和控制。
2. 数据挖掘和人工智能：随着数据应用的不断深入，数据挖掘技术和人工智能技术也在船舶自动控制系统中得到了广泛应用，船舶自动控制系统可以利用这些技术来实现自主控制和航线规划等功能。
3. 系统安全性和故障诊断：船舶自动控制系统是一个非常复杂的集成系统，系统的安全性和故障诊断能力决定了系统的可靠性。
因此，船舶自动控制系统的故障诊断和安全性研究也已成为该领域的重要研究方向。
三、船舶自动控制系统的应用船舶自动控制系统的应用范围非常广泛，主要包括商业船舶、军事舰船、边防巡逻船和科学考察船等。
第6章 船舶运动控制系统建模应用
第6章船舶运动控制系统建模应用6.1 引言数学模型化(mathematical modelling)是用数学语言(微分方程式)描述实际过程动态特性的方法。
在船舶运动控制领域，建立船舶运动数学模型大体上有两个目的：一个目的是建立船舶操纵模拟器(ship manoeuvring simulator)，为研究闭环系统性能提供一个基本的仿真平台；另一个目的是直接为设计船舶运动控制器服务。
船舶运动数学模型主要可分为非线性数学模型和线性数学模型，前者用于船舶操纵模拟器设计和神经网络控制器、模糊控制器等非线性控制器的训练和优化，后者则用于简化的闭环性能仿真研究和线性控制器(PID, LQ, LQG, H∞鲁棒控制器)的设计。
船舶的实际运动异常复杂，在一般情况下具有6个自由度。
在附体坐标系内考察，这种运动包括跟随3个附体坐标轴的移动及围绕3个附体坐标轴的转动，前者以前进速度(surge velocity)u、横漂速度(sway velocity)v、起伏速度(heave velocity)w表述，后者以艏摇角速度(yaw rate)r、横摇角速度(rolling rate)p及纵摇角速度(pitching rate)q表述；在3个空间位置,,zyx(或3个空间运动速度和(rolling(或3[4](6.1.1)。
显然T],,[wvu和T],,[zyx以及,,[ϕψ[4]。
但这并不等于说，我们要把这6个自由度上的运动全部加以考虑。
数学模型是实际系统的简化，如何简化就有很大学问。
太复杂和精细的模型可能包含难于估计的参数，也不便于分析。
过于简单的模型不能描述系统的重要性能。
这就需要我们建模时在复杂和简单之间做合理的折中。
对于船舶运动控制来说，建立一个复杂程度适宜、精度满足研究要求的数学模型是至关重要的。
图6.1.1的坐标定义如下：0ZYXO-是惯性坐标系(大地参考坐标系)位置，0OX指向正北，OY指向正东，OZ指向地心；o-xyz正北为零度，沿顺时针方向取0︒～360︒；舵角δ以右舵为正。
船舶操纵性能模拟和优化设计技术研究
船舶操纵性能模拟和优化设计技术研究在现代船舶设计中，船舶操纵性能是一个非常重要的指标。
船舶操纵性能直接关系到船舶的安全性、航行性能以及操作人员的船舶操纵的难易程度。
因此，研究船舶操纵性能的模拟和优化设计技术对于提高船舶的操纵能力和提升船舶的性能非常必要。
船舶操纵性能的模拟研究主要通过计算机仿真来进行。
通过建立船舶运动数学模型，可以模拟出在不同操纵条件下船舶的运动轨迹、姿态变化等。
这些模拟结果可以用来预测船舶在不同航行状态下的操纵性能，帮助设计师优化船舶的设计参数以提高其操纵性能。
首先，船舶操纵性能模拟的关键是建立准确的船舶运动数学模型。
这个数学模型应该能够准确地描述船舶的运动特性，包括自由运动和操纵运动。
自由运动包括船舶的漂流运动、操舵运动和纵向运动等，而操纵运动则主要包括船舶的转弯和停止等操作。
建立这个数学模型需要考虑到船舶的外形参数、质量参数、操纵系统参数以及水动力参数等。
只有通过精确建模，才能得到准确的模拟结果。
其次，船舶操纵性能模拟还需要准确的操纵输入。
即通过模拟操纵系统，向数学模型提供准确的操纵指令。
这些操纵指令可以是舵角、舵转速、螺旋桨转速等。
这些指令的准确性对于模拟结果的准确性非常重要。
因此，在设计船舶操纵性能模拟时，需要考虑到操纵系统的灵敏度、延迟等因素。
另外，船舶操纵性能的模拟还需要考虑不同的航行状态。
船舶在不同航行状态下的操纵性能可能存在差异，因此需要在模拟中考虑到这些因素。
例如，船舶在不同海况下的操纵性能可能存在差异。
此外，船舶在不同负载条件下的操纵性能也可能有所不同。
因此，模拟中需要考虑到这些因素，并进行相应的优化设计。
在船舶操纵性能的优化设计中，可以通过改变船舶的几何形状、添加辅助设备或进行控制系统优化等方式来提高船舶的操纵性能。
一种常用的优化设计方法是流线型的优化。
通过改变船舶的几何造型，尤其是船舶的船型和船尾形状，可以减小船舶在操纵时的水动力阻力，提高船舶的操纵性能。
DMAIC改进模型在《船舶辅助机械控制系统》课程改革中的应用
DMAIC改进模型在《船舶辅助机械控制系统》课程改革中的应用作者：李寒林林金表林洪贵马昭胜吴德烽吴泽谋来源：《中国水运》2020年第10期摘要：《船舶辅助机械控制系统》课程是船舶电子电气工程专业的专业必修课，有助于培养学生综合分析和应用的能力。
通过船舶电子电气工程专业SIPOC分析和《船舶辅助机械控制系统》课程现状分析，结合DMAIC改进模型，分别从定义（Define）、测量（Measure）、分析（Analyze）、改进（Improve）、控制（Control）五个阶段将课程教学过程进行了归纳与总结，通过因果图找出制约教学质量提高的关键因素，提出分别涉及教师、学生和机制三方面的措施，以改进流程的标准化管理，为在教学环节中切实提升教学质量提供了改革措施。
关键词：课程;改革与实践;DMAIC改进模型;六西格玛中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2020）10-0069-03基于STCW公约马尼拉修正案的要求，结合国内航海教育的现状，船舶电子电气工程专业教育的主要任务，是培养有能力胜任海洋船舶工作的电子电气技术人才。
作为一个开设时间较短的专业，有必要进行相关课程教学模式研究，让学生理论知识与实践能力全面发展。
《船舶辅助机械控制系统》课程是船舶电子电气工程专业教学中必不可少的一个重要环节，可以培养学生在船舶辅助机械的控制方面，拥有较强的实际动手操作能力和理论联系实际的综合分析能力。
目前教学实践中存在一些制约课程发展的因素，因此有必要探索构筑高效的控制体系[1]，从而建立维持和改进绩效的评估标准与方法，确保对整个教学流程的持续评估、检查和更新。
1 《船舶辅助机械控制系统》课程分析1.1 课程现状分析根据海员适任考试大纲的要求，通过《船舶辅助机械控制系统》课程的学习，学生应能掌握自动控制的基本知识，理解反馈控制系统、调节器基本作用规律，理解船舶辅助机械控制系统的组成、工作原理、管理技能及故障排除的方法，其中特别需要掌握燃油供油單元控制系统、辅锅炉自动控制系统、分油机控制系统、伙食冷库系统和船舶中央空调系统等的组成、工作原理。
美国舰船通用信息模型SCIM的应用研究
Ｔ ｈ ｅ Ｓ ｈ ｉ ｐ Ｃ ｏ ｍｍ ｏ ｎ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ （ Ｓ Ｃ Ｉ Ｍ ）ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ Ａ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ａ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｄ ｅ ａ ｌ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ
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（ Ｔ ｈ ｅ ７ １ ４ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｃ Ｓ Ｉ Ｃ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ ＇ １ ０ ０ １ ９ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｎ ９ ０ ｂ ｉ ｌ ｌ ｉ ｏ ｎ ｄ ｏ ｌ ｌ ａ ｒ ｓ ｌ ｏ ｓ ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ｙ ｙ ｅ ａ ｒ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｄ ｅ ｍｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐｏ ￣ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ａ ｕ ｎｉ ｔ ｅ ｄ ｄａ ｔ ａ ｓ ｔ ａ ｎｄ ａ ｒ ｄ．
Ａ ｂｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ： Ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｉ ｓ ｏ ｔｅ ｆ ｎ ｍｕ ｃ ｈ ｓ ｐｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｄ ｅ ａ ｌ ｗｉ ｔ ｈ ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｆ ｐｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ｉ ｐ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ， ａ ｎ ｄ ｅ ａ ｃ ｈ ｏ ｆ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｈ ａ ｓ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｄ ａ ｔ ａ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ，Ｓ Ｏ ｔ ｈｅ ｓ ａ ｍｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｈ ｉ ｐ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｗｏ ｕｌ ｄ ｂｅ ｓ ａ ｖ ｅ ｄ ｉ ｎ ｍａ ｎ ｙ ｄ ｉ ｓ ｐａ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｙ ｔ ｉ ｍｅ ｓ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｉ ｎ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄａ ｎ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ｏ ｕｂ ｌ ｅ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｔ ａ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｅ ｎ ｃ ｙ ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｖ ａ ｒ ｉ ｅ ｔ ｙ
钱学森与控制论
钱学森与控制论郑应平同济大学自动化系钱学森在控制论方面作出了独创性、前瞻性的贡献，特别是他把控制论与系统科学、复杂性探索结合起来考察，给人们提供了理论和方法论的指导。
因此，回顾和研究钱学森在控制论方面的思想发展历程和学术贡献，具有重要的理论和实践意义。
1．控制论发表时的问题和钱学森工程控制论的发表20世纪30年代系统和控制思想空前活跃，贝塔朗菲的一般系统论，维纳的控制论，申农除了信息论以外，还发表了关于继电开关逻辑综合的理论，至今仍是计算机等离散状态系统控制综合的理论基础。
冯・诺意曼除了决策和博弈理论以外，还提出了现代计算机体系结构和自组织、自修复、自繁殖系统的初步想法，阿什贝的控制论则比较强调从生物医学的角度提出新的思想，例如体温的自行镇定(Homeostat)和适应环境(Ultrastable)的系统。
系统论、控制论、信息论就是那时开始形成的，它们今天仍然是信息科学技术发展的重要理论基础。
维纳把控制论界定为“在动物和机器中控制和通讯的科学”，他选用的术语Cybernetics既来自希腊文中“掌舵人”的概念，又与麦克斯韦1868年的论文中“调速器”一词有关。
但其内容主要涉及统计力学在通信、滤波和控制中的应用，反馈原理和稳定机制，控制论原理在生物医学和社会管理中的应用，等等。
这也不难从其各章标题看出：牛顿时间和柏格森时间；群和统计力学；时间序列，信息和通讯；反馈和振荡；计算机和神经系统；完形和普遍概念；控制论和精神病理学；信息，语言和社会。
此外，在第二版还加入了自繁殖机一章。
阿什贝的书也类似。
他们较多地谈论思想和方法论，而如何将它们用于解决工程实际问题已成为人们关注的焦点。
另一方面，控制工程的发展水平也比较低，大多限于单回路线性调节或伺服系统设计，不少还停留于经验公式和参照图表的阶段，“解析设计”的概念刚处于萌芽时期。
钱学森的“工程控制论”英文版(Engineering Cybernetics)则在1954年应运而生。
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多模型混杂系统及其在船舶与轮机控制领域应用的研究
发表时间：2018-10-30T18:25:24.937Z 来源：《防护工程》2018年第19期作者：柳跃
[导读] 混杂系统广泛存在于工程控制领域。
本文阐述了多模型混杂系统及其在船舶与轮机控制领域的应用
黑龙江海事局黑龙江省哈尔滨市 150078
摘要：混杂系统广泛存在于工程控制领域。
本文阐述了多模型混杂系统及其在船舶与轮机控制领域的应用。
关键词：混杂系统；船舶；轮机
嵌入式系统具有广泛的应用前景，其在船舶控制领域的应用目前已有了诸多成功案例。
AC C20型主机遥控系统代表着未来船舶主机遥控系统的发展方向，本文所提出的设计及实现方法不仅可用于新一代全任务轮机模拟器，且所提出的方案及开发的系统为下一步研制船舶智能主机遥控系统奠定了基础。
一、闭环控制结构
典型的PID控制环节中超调量、过渡过程时间、稳态精度指标间存在相互制约，通常在多个控制指标的折中值作为最佳控制参数，特殊情况需强调某一性能指标时则以牺牲其它指标为代价。
整个控制系统包含了三层反馈，其一是转舵角度信号反馈至切换规则输入端，作为切换规则的前件变量决定控制器的工作模式；其二为定位系统观测到的实际船位坐标值，反馈至输入端与根据设定航线的期望坐标值比较，得到船位偏差，此偏差经航迹控制环节转换为期望艏向角，与罗经测量到的实际船舶艏向角比较得到航向偏差，作为实际控制偏差输入至切换控制器。
二、基于Wince的主机遥控系统研制
船舶主机遥控系统是船舶自动化中最为复杂的系统之一，对船舶航行安全性、可靠性及可操纵性至关重要。
AC C20作为目前最先进的主机遥控系统之一，采用可视化软件操作模式取代了传统操纵方式，可实现主机远程的起动、换向、停车和速度设定等基本操作，并以软件界面替代了传统的主机安保和调速的人机交互面板，更加便于设备布置及操作。
核心控制单元与各功能模块之间，采用双冗余CAN总线结合局域网进行信息交互，可有效保证控制的实时性和可靠性。
近年来，远洋船舶大量采用了AC C20主机遥控系统，由于它与传统的主机遥控装置有较大的区别，使轮机管理人员在使用、管理及维护中面临着新的课题和挑战．
1、整体方案。
AC C20主机遥控系统，采用CAN总线结合局域网技术传输系统控制及监测数据，应用可视化软界面实现主机遥控中包括调速、安保、逻辑控制等的大部分人机交互功能。
这种形式不但简化了系统整体硬件结构，减少了布线成本和设备体积；同时，友好的人机交互功能更加方便使用和维护。
此外，根据轮机模拟器实际功能需要，在开发时，需对部分功能及模块做合理的简化及合并。
采用嵌入式开发系统开发了人机交互界面，在Microsoft Win CE嵌入式开发环境下，通过 2005开发平台，模拟Kongsberg AC C20主机遥控装置各操作界面和控制功能。
2、硬件设计与制作
1）以太网通信模块。
以太网通信模块是基于标准以太网通信协议开发的数据转发装置，采用嵌入式单片机作为核心处理器，C++语言开发数据采集及以太网通信转换协议。
AC C20模拟装置数据可分为模拟量输入(AI)、模拟量输出(AO)、数字量输入(DI)、数字量输出(Do)四种类型；在设计以太网通信模块时，根据需要将模块分为两种类型，分别为模拟量模块和数字量模块。
2）主机操纵器。
其基本原理是：操纵手柄沿弧形导轨移动时，带动一个电位器同步旋转，在不同位置发出不同的电位值，每一电位值都与主机模型在相应控制命令下的主机供油量相对应；通过改变操纵手柄的位置，可对主机进行起动、停止及调矩桨螺距调整的控制。
主机操纵器设计中最主要的问题是：要保证电位器不同位置的电位值与主机模型实际油门指令值、操纵器表面刻度标识值三者之间一一对应，这需要反复校验才能完成。
3）核心控制板。
核心控制板的开发板，采用处理速度较快的ARM 11芯片作为中央处理器。
主频为667MHz，DDR数据传输速率266Mbs，支持Windows Embedded CE 6.0R2/R3和Linux 2.6.28等操作系统，具有LCD接口、4路串口、SD卡接口、USB2.0-OTG接口、USB Host接口、按键接口等多种接口资源，支持触摸屏操作.CPU型号为Samsung S#C6410XH-66，ARMl 176JZF-S Core．显示屏选定7英寸标准液晶屏，为保证主机遥控系统的安全性，防止误操作，没有附加触摸屏功能。
3、模拟软件开发
1）操作系统选择。
AC C20模拟装置的界面及控制功能在Windows Embedded CE 6.0环境下采用Visual 2005开发。
Windows Embedded CE操作系统适合互连工业自动化设备的理想小体积嵌入平台，6.0版本增强了实时支持，可从闪存启动，可适应较为恶劣的生产环境。
开发工具Visual Studio 2005中，包括了一个被称为Platform Builder for CE 6.0的强大功能插件，它是一个专门为嵌入式平台提供的集成开发环境。
Windows CE 6.0操作系统由于增加了运行进程的数量、虚拟空间的内存及用户自定义的个性化用户界面等特点，使其在开发主机遥控的各项功能时显得十分容易。
操作系统的开源特性为与开发板连接的各类通信协议的开发提供了便利，最大可支持2G的虚拟内存和多线程机制，使系统运行的实时性提高，保证了仿真服务器和模拟装置间的同步性。
在系统界面的开发过程中，自行开发了多个控件(如：模拟仪表控件、柱状仪表控件等)，这些控件得到了Windows CE操作系统良好的兼容支持，增强了软件界面仿真效果，降低了代码编写难度。
2）系统功能模拟。
模拟对象为用于低速、二冲程、不可换向柴油机的AC C20主机遥控系统，配置变矩桨功能。
AC C20控制面板(AutoChiefControl Panel．ACP)采用7寸液晶屏，显示主机各类参数、报警及完成各类运行参数设定功能。
另外，在控制面板单元还配备了两组共6个按键，其中一组用于在应急情况下对主机故障停车、故障降速和各种限制环节进行取消操作，另一组用于控制位置切换、消音和报警的确认操作。
控制面板液晶屏可显示以下参数：①主机转速值和设定值；②起动空气压力；③当前主机状态；④起动阻塞；⑤故障停车/故障降速；
⑥控制位置；⑦通用报警指示；⑧错向报警。
通过多功能旋转手柄可在多个交互界面间跳转，多功能手柄与嵌入式开发板之间以串行接口方式连接。
选中预查询界面的相应导航
条，该页的相应文字信息、模拟仪表、柱状图等会立即显现。
在主机运行期间，若安保系统发出故障停车信号，则ACP界面会自动弹出界面。
若根据实际操作情况需取消故障停车信号且该信号为可被取消类型，则按下控制面上的“Cancel SHD”按钮后，弹出界面自动消失；在屏幕靠近底部位置出现一个红色的警示条，提示当前取消的故障停车报警类型，同样故障降速信号也通过相同方式显示和进行取消操作。
AC C20模拟系统基本数据的运算在仿真服务器内实现，仿真服务器同时进行主机模型和人机交互界面的运行，人机界面既能显示主机遥控系统中基本参数的信息，而且可通过鼠标键盘实现主机的起动、调速、换向、停车、参数设定、报警确认、限制环节取消等基本操作。
AC C20模拟系统以液晶屏作为主机参数、报警和设置等功能的人机交互接口，其数据显示及参数设定操作与仿真服务器实时同步，这通过动态触发机制来保证。
在仿真服务器内，系统数据变化时先与上一发送时刻的数据进行比较，若数据有变化则立即发送最新数据到各个通信节点进行数据更新，并将数据库内比较数据更新为当前值。
若比较结果表明当前数据与上一时刻数据相同，则不进行数据发送。
这一机制有效地减少了系统的通信数据量，降低了数据接收端数据处理负荷，使通信实时性得到进一步提高。
由于采用了多功能旋转手柄配合液晶屏的方式对主机各种界面实现分屏显示，因此主机遥控模拟装置内的系统信息量十分丰富；并在报警发生时，可通过其下部的相应选择按钮进行故障查询和处理操作。
AC C20装置因采用了软界面操作方式，降低了主机遥控系统的复杂程度，并且系统体积和设备数量明显减少，有利于实际船舶的布置和使用。
三、结语
混杂系统是指离散事件系统和连续变量动态系统、两者又相互作用的系统；是一种离散构件和连续构件融合在一起的反应系统，其特点是既随时间而连续变化，又受离散突发事件的驱动。
参考文献：
[1]徐弘升.基于嵌入式系统和CAN总线的船舶监控系统设计[J].大连海事大学学报，2014．
[2]黄学武.基于DSP的船舶主机遥控实时仿真系统[J].上海海事大学报，2014．
[3]何宗键．Windows CE嵌入式系统[M].北京：北京航空航天大学出版社，2015．。