船舶运动控制概述
船舶运动控制及其系统设计研究
船舶运动控制及其系统设计研究船舶运动控制是指利用控制技术对船舶在海上运动的速度、航向和姿态进行调节，以达到控制船舶运动的目的。
随着技术的发展，现代船舶的运动控制系统已经越来越复杂，需要良好的设计和控制策略。
船舶的运动控制系统可以分为以下几个方面：一、动力系统动力系统是船舶运行的基础，其中主机控制系统、电力系统等为其中重要的组成部分。
通过对主机控制系统的控制，船舶可以调节其航速、加速度、推力等参数。
电力系统的控制则可以对船舶的电气设备进行管理，例如控制电动机的转速和功率等。
二、导航系统导航系统是指船舶在航行中的定位、导航和航迹控制。
通过在舰船上安装GPS、惯性导航仪、罗经等各种设备，可以实现对船舶位置、速度、航向等参数的快速准确的监测和控制，关键是如何在不同控制环境下，选择适合的导航方法和准确的航线控制。
三、舵机控制系统船舶的舵机控制系统是对船舶舵角进行精确控制的关键技术。
通过对船舶舵角的控制，可以实现对船舶航线和转向的精确控制。
这个控制系统必须保证精度，在实际情况中，需要对一系列环境变量进行响应，例如风速、潮汐、海浪等等。
四、动态姿态控制系统动态姿态控制是船舶运动控制的另一个重要方面。
船舶在海上运动时，由于海浪、风力等环境因素的影响，会发生较大的姿态变化，例如横滚、俯仰和偏航。
通过动态姿态控制系统可以对船舶的姿态进行实时监测和调节。
船舶运动控制系统的设计需要考虑一系列因素，例如船舶的大小和类型、动力、导航、动态姿态控制系统的操作方式、仿真等等。
通过对船舶运动控制的全面分析和系统设计，可以大大提高船舶的运动性能和安全性，实现更加高效、精确的控制。
除了控制系统的设计，船舶运动控制的研究还涉及到液体力学、船舶动力学、控制理论等学科。
例如，流体力学可以提供有关流动动力学的信息，而控制理论可以帮助人们设计更加高效的控制方法和算法。
总之，船舶运动控制及其系统设计研究是一个复杂的领域，需要大量的实践和理论研究。
船舶运动控制系统的研究与应用
船舶运动控制系统的研究与应用随着大陆经济的快速发展，航运业也进入了一种高速发展的时期。
尽管人们对船舶的性能和使用的安全性具有极大的期望，但是不可避免的是，如今随着船舶的规模越来越大和复杂化，相应的交通运输系统的要求也随之升高。
而船舶运动控制系统则成为了航海界中最热门的话题之一。
什么是船舶运动控制系统？船舶运动控制系统是一套用于实现船舶在海上持续稳定的系统。
这套系统由大量的计算设备、传感器以及控制器等组成，并且可以全时段监测船舶的运动状态以及环境情况，减少运输过程中的振动和波浪等环境的影响，从而提高船舶的稳定性和安全性。
船舶运动控制系统的发展历史船舶运动控制系统的发展可以被追溯到20世纪初期，那时候船舶工程专家开始在计算机处理方面试验和实验。
1950年代后期，计算机技术进步，计算机与数据采集器的使用更加广泛。
从那时候开始，舶运动控制系统的框架和基础就已经被奠定。
到了20世纪80年代，随着油价的上涨和航运业的加速发展，更多的船舶被生产出来，并且各种破纪录大型船舶的建造成为了广泛的潮流。
因此，对于船舶工程师们而言，设计和实现海洋船舶运动控制系统变得至关重要。
现代化船舶运动控制系统现代化的船舶运动控制系统可以分为两种类型：运动观测和控制，两种类型有着同样的目标，就是提高船舶的稳定性和安全性。
在运动观测模式下，船舶的位置和方向信息是通过传感器从船舶收集的，传感器信号经过合适的数据处理和计算之后，珍化的数据就会反映在控制屏幕上。
在运动控制模式下，船舶运动的各方面的数据信息被传递给计算机，通过收集和分析范围，数据处理器可以通过执行相应的控制操作来保持船舶的稳定性。
例如自动调节主机功率、自动调节方向舵角度、自动调节船舶横向和纵向稳定性、调节船舶结构等等可行的控制操作。
当然，这只是现代化的运动控制系统的概述，实际的系统还有很多交叉的功能和模块。
船舶运动控制系统的应用船舶运动控制系统的应用范围很广，包括轮船、高速艇、无人机、自驾游艇和货运船等多种船舶类型，也包括工程和军事应用。
船舶运动控制-第三章
第三章船舶小知识【船舶涂料】船舶与石油钻采平台的压载水舱、边水舱双层底这一类舱室都较狭窄，通风条件差。
这种舱室或长期处在海水的浸泡下，或有时装燃料油，用空后又灌入海水，这样交替使用，条件十分苛刻，是船舶防腐蚀工作中最复杂和困难的部位。
在造好船后，该部位所用涂料的保护性能要求其寿命接近船舶使用期限。
压载水舱，边水舱等只有在采用喷丸或喷砂处理，涂长效防锈涂料等一系列措施后，不能取得很好的防锈和保护效果。
用于压载水舱部位的涂料，应具有：（1）优良的耐水性；（2）优良的耐油性；（3）涂刷道数少，以减少施工道数，一般要求1-2道；（4）一次喷涂湿漆膜厚度为400μm时，不流挂；（5）漆膜寿命长，一般在五年后，锈蚀面积不大于5%。
压载水舱可用厚浆型环氧煤沥青涂料，环氧树脂涂料，氯化橡胶煤沥青涂料。
但最常用的是环氧煤沥青厚浆型涂料，施工一次就能达到干漆膜就达到250μm，在配方中适当提高超细云母粉或滑石粉及触变剂用量，制成超厚浆型，这样即使喷涂到湿漆膜500μm以上亦不致流挂，由于漆膜厚，内部溶剂易于逸去，溶剂应采用甲苯低沸点溶剂。
【船舶除锈方法】船舶常用的除锈方法包括手工除锈、机械除锈和化学除锈。
一、手工除锈手工除锈的工具有榔头、铲刀、刮刀、钢丝刷等，一般厚的锈斑用榔头敲松再用铲刀铲除。
劳动强度大，除锈效率低，一般0.2~0.5m2/h，环境恶劣，难以除去氧化皮等污物，除锈效果不佳，难以达到规定的清洁度和粗糙度，已逐步被机械方汉和化学方法所替代。
但在修船过程中，特别是对局部缺陷的修补，常采用此方法；对于机械除锈难以达到的部位，如狭小舱室、型钢反面角隅边缘等作业困难区域，也多应用手工除锈。
二、机械除锈机械除锈的工具和工艺较多，其中主要的有以下四种：1、小型风动或电动除锈。
主要以电或压缩空气为动力，装配适当的除锈装置，进行往复运动或旋转运动，以适应各种场合的除锈要求。
如角向磨光机、钢丝刷、风动针束除锈器、风动敲锈锤、齿型旋转除锈器等，属于半机械化设备，工具轻巧、机动性大，能较彻底去除锈、旧涂层等，能对涂层进行打毛处理，效率比手工除锈大大提高，可达1~2m2/h，但不能除去氧化皮，表面粗糙度较小，不能达到优质的表面处理质量，工效较喷射处理低。
船舶运动控制系统的研究与应用
船舶运动控制系统的研究与应用船舶运动控制系统是指通过控制船舶运动的各个方面，以达到提高船舶性能、安全、舒适性和效率的目的。
随着船舶科技的不断发展和船舶运输需求的日益增长，船舶运动控制系统的研究与应用变得越来越重要。
本文将从船舶运动控制系统的基本原理、研究内容和应用领域三个方面进行探讨。
船舶运动控制系统主要包括以下几个方面的研究内容：船舶动力学与船体力学建模、船舶运动控制算法设计与仿真、控制系统硬件和软件设计、船舶控制系统的参数辨识与优化等。
通过对船舶的动力学特性、水动力学特性等进行建模和分析，可以得到船舶运动的数学模型。
在此基础上，设计船舶运动控制算法，并通过仿真验证和优化，最终实现对船舶运动的精确控制。
同时，船舶控制系统的硬件和软件设计也是一个重要的研究内容，包括传感器、执行器、控制器的选择和设计等。
此外，船舶运动控制系统的参数辨识和优化也是十分重要的研究内容，通过对系统参数的辨识和优化，可以得到更好的控制效果和性能。
船舶运动控制系统的应用领域十分广泛，包括但不限于以下几个方面：船舶动力性能优化、船舶自动操纵、海洋工程、船舶自适应控制等。
首先，船舶运动控制系统可以优化船舶的动力性能，提高船舶的航行速度和操纵性能。
其次，船舶自动操纵技术是船舶运动控制系统的重要应用领域之一，可以实现船舶的自主航行和自动停泊。
再次，船舶运动控制系统在海洋工程领域具有重要的应用价值，可以通过对船舶运动的控制来进行海洋资源开发、海洋科学研究等。
最后，船舶自适应控制是船舶运动控制系统的重要研究方向之一，可以通过自适应控制算法提高系统的鲁棒性和自适应性。
总之，船舶运动控制系统的研究与应用对于提高船舶性能、安全、舒适性和效率具有重要意义。
通过对船舶运动的建模、控制算法的设计和优化，可以实现对船舶运动的精确控制。
船舶运动控制系统的应用领域广泛，包括船舶动力性能优化、船舶自动操纵、海洋工程和船舶自适应控制等。
未来，随着船舶科技的不断进步，船舶运动控制系统的研究与应用还将继续发展，为航海事业的发展做出重要贡献。
船舶流体动力学和运动控制手册
船舶流体动力学和运动控制手册船舶流体动力学是研究船舶在水中运动和受力特性的一门学科，主要涉及船舶阻力、推进、操纵性等方面。
船舶运动控制则是研究如何通过各种手段来控制船舶的行驶速度、方向和稳定性等问题。
本手册将对这两个领域进行简要介绍。
一、船舶流体动力学1. 船舶阻力船舶阻力是指船舶在水中行驶时所遇到的阻力，包括摩擦阻力、压差阻力、涡流阻力等。
船舶设计师需要了解船舶阻力的特性，以便降低阻力，提高船舶的行驶速度和燃油效率。
2. 船舶推进船舶推进是指船舶前进的动力来源，包括柴油机、蒸汽机、燃气轮机等。
船舶设计师需要根据船舶的用途和尺寸选择合适的推进方式，以满足船舶行驶性能和安全性的要求。
3. 船舶操纵性船舶操纵性是指船舶在行驶过程中，能够按照船长的意愿进行转向、停靠等操作的能力。
船舶设计师需要考虑船舶的船体形状、船舵设计等因素，以提高船舶的操纵性能。
二、船舶运动控制1. 船舶速度控制船舶速度控制是指通过调整船舶柴油机转速、舵角等参数，来控制船舶行驶速度的过程。
船舶驾驶员需要根据实际情况，合理调整船舶的速度，以保证船舶行驶的安全性和稳定性。
2. 船舶方向控制船舶方向控制是指通过调整船舶舵角和侧推器等设备，来控制船舶行驶方向的过程。
船舶驾驶员需要根据实际情况，合理调整船舶的方向，以保证船舶行驶的安全性和稳定性。
3. 船舶稳定性控制船舶稳定性控制是指通过调整船舶的重心、船体形状等因素，来控制船舶行驶稳定性的过程。
船舶驾驶员需要根据实际情况，合理调整船舶的稳定性，以保证船舶行驶的安全性和稳定性。
三、船舶流体动力学和运动控制的应用1. 船舶设计和制造船舶流体动力学和运动控制的知识在船舶设计和制造过程中具有重要作用，可以帮助船舶设计师提高船舶的行驶性能和操纵性能，降低船舶的运行成本。
2. 船舶驾驶员培训船舶流体动力学和运动控制的知识对于船舶驾驶员来说也是非常重要的，可以帮助他们更好地掌握船舶的行驶特性，提高船舶驾驶的安全性和稳定性。
船舶动力学与控制技术研究
船舶动力学与控制技术研究船舶动力学与控制技术是奋斗在海上的船舶必不可少的基础性技术。
通过对船舶运动规律和受力情况的分析和计算，探究船舶的动力学和控制技术，可以让船舶在复杂的海洋环境下保持稳定，保证航行安全，提高运输效率和舒适性。
本文将分别从船舶动力学和控制技术两个方面进行阐述。
一、船舶动力学1.船舶运动规律船舶的运动涉及到六个自由度，包括横摇、纵摇、翻滚、横荡、纵荡和位移。
由于海洋环境的复杂性和船舶自身的结构特点，船舶的运动规律非常复杂。
早期为了研究船舶的运动规律，人们多采用试验方法，但该方法对于大型的船舶来说是不可操作的。
现如今借助计算机辅助设计软件、数值分析方法、物理模型等技术手段，可以有效地对船舶的运动规律进行研究和分析。
2.船舶受力情况船舶在海洋中受到多种力的作用，这些力包括风力、海浪力、流体阻力、浪阻力、摩擦阻力等。
这些力的大小和方向与船舶的形状、重心位置、速度、航行方向等因素均有关系。
对于船舶运动规律和受力情况的分析，是船舶动力学的核心。
3.船舶运动控制船舶运动控制是指通过各种控制手段，对船舶的运动实施控制，以维持船舶的稳定性，保证船员和船舶的安全。
船舶运动控制需要在船舶的不同自由度上进行控制，例如横摇、纵摇、翻滚、横荡、纵荡等自由度，并且需要考虑海洋环境和船舶结构等因素。
二、船舶控制技术1. 舵机控制系统舵机控制系统是船舶控制系统的重要组成部分，主要负责控制舵机，实现船舶航向的调整。
舵机控制系统由控制器、信号调节器、执行机构等部分组成，在舵机运转时，控制器从实时监控的系统中得出要求的角度值，进而将波动等控制信号调节至所需的精确角度，舵机根据加电信号运转。
2. 引航系统引航系统的主体是引航系统终端，在终端上运行专门的导航软件和多功能数据交换程序。
该系统在长期的图像处理基础上，通过船舶传感器读数的实时捕捉，将船舶的位置、航向、速度等信息综合处理，提供给船舶船员，以实现船舶航行的安全性和准确性。
船舶运动控制技术的研究与应用
船舶运动控制技术的研究与应用船舶运动控制技术是一门非常具有挑战性的技术，涉及到多个学科领域，包括控制理论、电子技术、计算机技术和海洋工程学等。
在海上，船只的运动受到多种因素的影响，如海浪、风速、船舶自身的惯性等，而船舶运动控制技术的主要目的就是通过对这些影响因素进行控制，使得船舶能够稳定地进行航行和作业。
一、船舶运动控制技术的研究与发展随着科学技术的发展和人类对深海的开发，船舶的类型和用途也越来越多元化，因此，船舶运动控制技术的研究也变得越来越重要。
早在20世纪60年代，欧洲政府就开始投资研究船舶运动控制技术。
随着计算机技术、电力电子技术和运动控制技术的飞速发展，船舶运动控制技术得到了很大的进步。
其中，最具有代表性的就是船舶控制系统的自适应控制和集中控制。
自适应控制是指船舶控制系统可以自行调整控制参数，以适应不同的海况和船舶状态。
集中控制则是指通过计算机控制多个设备来实现对船舶姿态、速度、加速度、倾斜等方面的控制。
这两种控制方式的发展，改变了传统船舶控制方式，提高了船舶的稳定性和可靠性。
二、船舶运动控制技术的应用船舶运动控制技术的应用非常广泛，涵盖了多个领域，主要应用在以下几个方面。
1. 液化天然气(LNG)船舶在液化天然气船舶(LNG)上，船舶运动控制技术的应用效果十分显著。
因为LNG船舶的载货舱非常大，受到风浪影响时很容易发生侧倾、滚动等现象，而这些现象会对船舶的安全构成威胁。
通过船舶运动控制技术，可以实现对船舶的自适应控制和集中控制，从而保证LNG船舶的稳定性和安全性。
2. 深海遥控潜水器深海遥控潜水器是一种可以在深海进行海底勘探、资源开发和环境监测等活动的机器人。
由于深海环境十分恶劣，深海遥控潜水器的控制难度很大。
利用船舶运动控制技术，可以进行对潜水器的精确控制，使得潜水器的运动更加稳定和安全。
3. 客轮和货轮对于客轮和货轮等传统船舶来说，船舶运动控制技术也有重要的应用。
通过对船舶运动进行控制，可以提高船舶的航行能力和安全性，使得船员的工作更加轻松和安全。
船舶运动控制新进展
船舶运动控制 已经成为智能 船舶自主控制 的核心
船舶运动控制很重要
现代航海对控制的要求
控制目标
稳
准
快
控制实践
节
经
简
落实到船舶运动控制领域，即是国际海事组织(IMO)新提 出的航海所追求的目标：“清洁海洋上安全、保安和高效的航 运 (Safe, Secure and Efficient Shipping on Clean Oceans)”，清洁海洋体现了经济；安全、保安体现了稳定； 高效的航运体现了准确、快速、节能、算法简单。
HLioghwssppeeeeddStmaabinliozeiunvgringCalmModerateHighExtreme
船舶运动控制的5类情况
大洋航行自动导航问题
速度
海洋环境条件
船舶运动镇定控制： 减摇、动力定位
自动化水平
无人水面船舶的控制
港区航行及自动靠离 泊问题
拥挤水道航行及大洋 航行的自动避碰问题
自动舵各种控制策略研究中最核心的问题在于寻求确定函
数f1，f2 的方ຫໍສະໝຸດ 并得到这两个函数的最终结果。确定函数f1， f2 的方法比较多，八仙过海、各显神通。
船舶运动控制研究的基本问题
船舶动态具有大惯性特点，万吨级油轮的时间常数可 达百秒以上，对操舵的响应缓慢，其控制更为困难。
在操舵伺服子系统中存在着饱和、时滞和继电器特性 等非线性因素，这些是采用某些线性控制理论所设计的自 动舵控制算法之效果与研究者的期望相差甚远的根本原因。
显然，这是研究者追求的最终目标！
船舶自动舵研究的发展趋势
智能船舶的核心控制技术是导航的智能化， 体现在自动舵上就是使船舶操纵控制更智能化、 更容易化、更网络化。因此自动舵研究将朝着 算法先进化、功能综合化、实现网络化、使用 简单化和装备国产化5个方向发展。
船舶运动控制及各部件的协调优化设计
船舶运动控制及各部件的协调优化设计船舶是一种重要的交通运输工具，其稳定性和控制性能直接影响着运输效率和安全性。
船舶的运动受到海洋环境、船舶结构、动力系统等因素的影响，掌握船舶运动控制技术和各部件的协调优化设计是保证船舶航行安全和提高经济效益的关键。
一、船舶运动控制技术船舶运动控制技术是指通过控制船舶的运动参数来实现船舶的稳定性、操纵性以及航线的维持。
其主要涉及到以下几个方面：1.舵柄控制系统船舶的舵柄控制系统是一种直接控制舵角的系统，其主要由船舵、舵机、舵机控制器、操舵台等组成。
舵柄控制系统通过舵盘旋转到一定角度来控制舵片的旋转，从而控制船舶的运动方向和姿态，实现航线的维持和船舶的操纵。
2.船速控制系统船速控制系统是控制船舶航速的系统，其主要由船舶主机、舵机、推进器等组成。
船舶主机通过控制转速来控制推进器的旋转速度，从而调整船速。
船速控制系统的主要作用是保持航行的速度稳定和控制船舶的运动方向和姿态。
3.姿态控制系统姿态控制系统是保证船舶的稳定性的关键系统，其主要由船舶姿态传感器、船载控制系统、阻尼器等组成。
姿态控制系统通过实时监测船舶的姿态参数，运用控制算法来控制阻尼器的调整，从而保证船舶的稳定性和操纵性。
二、船舶各部件协调优化设计船舶的各部件之间存在着复杂的相互关系，它们的优化设计直接影响着船舶的性能和船员的操作。
船舶各部件协调优化设计的主要内容包括以下几个方面：1.船舶结构优化船舶的结构是船舶各部件的基础，对其进行优化设计能够提高船舶的强度和稳定性。
结构优化的主要目的是减小船舶离心力和摇摆力的影响，提高船舶的刚度和稳定性。
2.船舶动力系统优化船舶动力系统是船舶的主要推进部件，其优化设计能够提高船舶的运动速度和操纵性。
动力系统的优化主要包括发动机型号、船舶推进器的数量和安装位置、配套设备的调整等方面，从而达到提高船舶动力性能和降低能耗的目的。
3.船舶电子系统优化船舶电子系统是保证船舶运动控制技术实现的重要部件，其优化设计主要关注电子系统的功能性和耐久性。
船舶运动控制的基本原理
船舶运动控制的基本原理
船舶运动控制的基本原理包括以下几个方面：
1. 船舶的舵角控制：船舶通过改变舵角来控制船舶的转向。
船舶的舵角改变会引起船舶转向矩，从而改变船舶的航向。
2. 船舶的推进力控制：船舶通过改变船舶的推进力来控制船舶的前进速度和反向运动。
船舶的推进力可以通过调整船舶的发动机功率或船舶的螺旋桨转速来实现。
3. 船舶的姿态控制：船舶的姿态包括纵摇、横摇和航向角等。
船舶通过控制船舶的纵向和横向动力来实现姿态的控制。
4. 船舶的速度控制：船舶的速度控制通过调整船舶的推进力以及船舶的阻力来实现。
船舶的速度控制是根据目标速度以及航行环境来进行调整。
总的来说，船舶运动控制的基本原理是通过控制舵角、推进力、姿态和速度等方面的参数来实现对船舶运动的控制。
不同类型的船舶可能会采用不同的控制方法和技术来实现运动控制。
船舶运动自适应滑模控制(沈智鹏著)PPT模板
4.3基于混沌粒子群算法的欠驱 动船舶自动靠泊迭代滑模控制
参考文献
第4章基于强化学 习的欠驱动船舶 运动自适应迭代 滑模控制
4.1基于强化学习的欠驱动船 舶路径跟踪自适应迭代滑模 控制
4.1.2船舶路 径跟踪控制 器设计
4.1.1问题 描述
船舶运动自适 应滑模控制 (沈智鹏著)
演讲人 2 0 2 X - 11 - 11
目 录
0 1 前言
0 2 第1章绪论
0 3 第2章全驱动船舶轨迹跟踪的自适应滑模控制
0 4 第3章欠驱动船舶轨迹跟踪的自适应滑模控制
05
第4章基于强化学习的欠驱动船舶运动自适应迭代滑模控制
06
第5章基于Lyapunov稳定性的欠驱动船舶运动自适应迭代滑 模控制
01
前言
前言
02
第1章绪论
第1章绪论
1.1自适应滑模控制概述 1.2船舶运动控制概述 参考文献
第1章绪论
1.1自适应滑模控制概述
A
1.1.1滑模 控制简介
B
1.1.2经典 自适应与 滑模控制
C
1.1.3反演 自适应与 滑模控制
D
1.1.4智能 自适应与 滑模控制
第1章绪论
1.2船舶运动控制概述
第3章欠驱动船 舶轨迹跟踪的自 适应滑模控制
3.3基于神经网络和动态面的 欠驱动船舶轨迹跟踪自适应 滑模控制
01
3.3.1基于神经网络 的欠驱动船舶轨迹 跟踪自适应滑模控
制
02
3.3.2基于动态面和 最小参数法的欠驱 动船舶轨迹跟踪自
适应滑模控制
第3章欠驱动船舶轨迹跟踪 的自适应滑模控制
船舶动力学运动控制技术研究
船舶动力学运动控制技术研究船舶是现代海洋运输的最主要载体，也是海上工程建设的重要设备。
在船舶的设计过程中，运动控制是一个非常重要的指标，它直接关系到船舶的操纵稳定性和安全性。
随着现代科技的不断进步，船舶动力学运动控制技术也得到了极大的发展和完善。
一、船舶动力学运动和控制船舶的动力学运动包括船体的横摇、纵摇、横荡、纵荡、偏航、横移和纵移等参数。
这些动力学参数受到船舶设计、船舶载荷、通航水域的风浪等自然环境的影响，同时还承受着船舶自身弹性、稳定性等特点的影响。
为了保证船舶的平稳、安全和高效运行，需要对船舶的运动进行控制。
在过去，传统的船舶运动控制主要依靠舵机，通过舵角的调整来改变船舶的速度和航向，这种方法只能起到较为简单的稳定控制作用。
而现在，随着现代控制技术的不断发展，基于先进的计算机软硬件系统的船舶运动控制技术得到了广泛的应用。
二、船舶运动控制技术的发展目前，船舶运动控制技术主要采用自适应、模型预测、优化控制等技术手段。
这些控制技术逐步地取代了传统的PID控制技术，实现了对船舶动力学运动的精准控制和优化。
其中，自适应的控制技术可以根据环境和船舶状态的变化自动调整，模型预测控制技术可以通过模拟船舶运动规律提前预测船舶可能发生的运动状态并进行控制，优化控制技术可以根据一定的指标优化控制系统，从而实现最佳控制。
随着船舶动力学运动控制技术的发展，相关的理论体系也不断完善。
船舶运动控制的核心理论是船舶运动学理论，在船舶运动学理论基础上，又衍生出船舶操纵动力学理论和船舶控制系统理论。
这些理论对于船舶运动控制技术的研究和应用起到了重要的推动作用。
三、未来船舶动力学运动控制技术的发展趋势随着社会经济的不断发展和人们对交通、物流等各方面的需求不断增加，船舶作为现代化海洋运输的主要载体，其运动控制技术的研究也必将不断取得新的突破和进展。
未来，船舶动力学运动控制技术的发展将呈现出以下几个趋势：1.发展更为精确的控制模型精确的控制模型是实现精确控制的基础，未来的船舶动力学运动控制技术需要发展更为精确、全面的控制模型，包括船舶的运动模型、环境的影响模型、控制系统的优化模型等，以实现更为精确的控制。
船舶运动控制方向发表sci
船舶运动控制方向发表sci船舶运动控制是指通过控制船舶的舵角和推进器的动力来实现船舶的运动方向与速度的控制。
在过去的几十年中，船舶运动控制一直是船舶工程领域的关键研究课题之一。
船舶运动控制方向的研究不仅可以提高船舶的操纵性能，更可以增强船舶的安全性和经济性。
因此，船舶运动控制方向的研究具有重要的工程应用和学术价值。
船舶运动控制包括船舶运动的控制和稳定两个方面。
船舶运动的控制主要是指通过对舵角和推进器的控制，实现船舶的运动方向和速度控制。
船舶运动的稳定主要是指通过控制舵角和推进器的动力，使船舶在外部环境的影响下保持稳定的运动状态。
船舶运动控制的关键问题之一是如何选择合适的控制算法。
目前，船舶运动控制方向的研究主要集中在传统的控制算法和现代的控制算法两个方面。
传统的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法和自适应控制算法等，这些算法在实际工程中已经得到了广泛的应用。
现代的控制算法包括神经网络控制算法、模型预测控制算法和滑模控制算法等，这些算法在理论研究和工程应用中也取得了良好的效果。
船舶运动控制的另一个关键问题是如何建立适用的数学模型。
船舶运动控制的数学模型是研究者进行理论分析和控制算法设计的基础。
目前，船舶运动的数学模型主要有静力学模型和动力学模型两种。
静力学模型主要用于描述船舶在平稳运动状态下的力学性质，动力学模型主要用于描述船舶在非平稳运动状态下的力学性质。
船舶运动控制的数学模型是复杂的非线性系统，因此研究者需要运用适当的数学工具和方法来对其进行分析和控制。
船舶运动控制方向的研究还涉及到船舶的操纵性能评价和优化。
船舶的操纵性能是指在给定操纵命令下，船舶实现期望的运动方向和速度的能力。
船舶的操纵性能评价可以通过对船舶仿真试验和船舶现场试验的数据进行分析和比较来实现。
船舶的操纵性能优化可以通过改进控制算法和参数设置来实现。
总之，船舶运动控制方向的研究是一个有挑战性的课题。
通过对船舶运动控制方向的研究，可以提高船舶的操纵性能并增强船舶的安全性和经济性。
船舶执行机构的运动控制技术研究
1
神经网络算法的研究
人工神经网络算法是 20 世纪 40 年代出现的，该
算法通过模拟人脑的神经元通信方式，获得分布式信 息存储、处理和学习的能力。
收稿日期 : 2017 – 08 – 20 作者简介 : 李占锋 (1980 – ) ，男，硕士研究生，讲师，研究方向为机械工程。
第 39 卷
李占锋：船舶执行机构的运动控制技术研究
舶向着高速化、集成化方向发展，提高船舶执行机构的运动控制灵活性、准确性，采用新型的控制理论、控制方法 势在必行。传统的船舶执行机构运动控制采用机械式或者 PID 控制，该控制方法具有结构简单、成本低等优点，但 同时存在控制精度差、时效性差、可靠性低等不足。本研究针对船舶执行机构的运动控制技术，在传统运动控制器 的基础上，充分结合神经网络算法和非线性鲁棒控制技术，设计一种新型的船舶执行机构运动控制系统，显著提高 船舶执行机构运动控制的精度和效率。
0
引 言
集装箱运输船的货物承载量大、吃水深度大、惯
经网络控制算法具有结构简单、信号响应速度快、学 习能力强等优点，因此具有广阔的应用前景 [2]。 本文结合船舶执行机构运动控制系统的非线性、 大时滞性等特点，建立了船舶运动的动力学模型，并 利用 RBF 神经网络算法研究了一种船舶执行机构运动 控制系统，该系统可以显著提高船舶运动控制的灵敏 度和精度，具有一定的实际应用价值。
第 39 卷 第 10A 期 2017 年 10 月
舰 船 科 学 技 术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol. 39, No. 10A Oct. , 2017
船舶执行机构的运动控制技术研究
李占锋
(烟台职业学院 机械工程系，山东 烟台 264000)
船舶运动控制综
船舶运动控制综述摘要：船舶运动控制式一个重要的研究领域，其最终目的是提高船舶自动化、智能化水平，保证航行的安全性、经济性和舒适性。
随着现代物流业的迅速发展,航运自动化水平的不断提高,对海上航运业提出了更高的要求,各种新的控制算法不断应用于船舶控制以提高营运的经济效益。
船舶运动已经从手动发展到自动，从单个系统的自动化发展到综合自动化，从简单的控制装置发展成计算机化、网络化的体系结构；船舶运动控制已经成为一门独立的学科。
船舶是一种有效的、经济的运输工具，但是还是运输充满危险（人为因素和自然因素），因此，如何科学地操纵和控制船，准时、安全地到达目的地非常重要。
关键词：船舶自动化运动控制正文：十八世纪产业革命带来了今天意义上的轮船，钢制船壳可以承载成千上万吨的货物，螺旋推进器于140年前投入使用，由动力驱动的操舵装置于120年前建成，110年前发明的柴油机取代了蒸汽机，1920年开始使用的陀螺罗经来进行船舶导航，1940年的流体力学的发展，统一解释了船体，浆，舵产生流体动力的机理，为建立船舶运动数学模型奠定了理论基础。
船舶运输控制系统是对船舶运输过程的有关信息进行传输、接收、存取、变换和反馈，并不断对过程进行调整和优化的控制管理一体化系统，涉及航海、通信、计算机、机电、自动控制、运输管理、船货代理、码头港务、商贸、金融及保险等专业技术。
船队控制系统主要由企业管理业务网和船岸通信网组成。
单船控制系统是一个船舶自动化局域网，并通过全球海上遇险与安全系统GMDSS(Globe Maritime DistressandSafetySystem)，以单船作为一个节点，进入船岸通信网，实现船岸一体化管理。
船舶自动化系统是构成船舶运输控制系统的基础，主要包括无人值班机舱、集成驾驶系统、货运监控系统和船舶管理信息系统等。
1.无人值班机舱。
包括主机遥控、机舱监控、柴油机工况监控、电站自动化、辅机调控及锅炉调节等。
2.集成驾驶系统。
船舶运动控制概述
船舶运动控制概述随着经济全球化的加剧，现代物流业飞速发展，市场对进出口的需求越发的加大，造成了与之相应的航运自动化的繁荣发展，各种新的控制算法不断地应用于传播控制以提高营运的经济效益。
作为大连海事大学自动化专业的学生，我们有必要了解船舶相关的知识，包括船舶运动控制，船舶控制系统，船舶导航等的相关知识。
并将储备的知识运用到以后的学习与工作中。
一、欠驱动船舶的控制器设计首先我们先来聊聊船舶的驱动。
由于船舶动力驱动结构具有非完整约束和典型的欠驱动特性,而且航行条件的变化、环境参数的严重干扰和测量的不精确性等又使船舶运动呈现出大惯性、长时滞、非线性等特点,采用传统的船舶控制方法已经不能满足控制要求,必须探索新的船舶控制方法。
欠驱动系统是指由控制输入向量空间的维数小于系统广义坐标向量空间维数的系统，即控制输入数小于系统自由度的系统[1]。
欠驱动船舶模型一般都具有非线性运动方程的形式，欠驱动船舶模型一般都具有非线性运动方程的形式，欠驱动船舶模型一般都具有非线性运动方程的形式，约束都是不可积的微分表达式,属于非完整系统。
研究欠驱动船舶的控制器设计也具有非常重要的现实意义。
一个欠驱动船舶以较少数目的驱动器来完成航行任务,降低了系统的费用及重量,提高了营运效益,同时也会因控制设备的减少而降低船舶机械故障的发生率,使系统运行更加稳定而易于维护。
更为重要的是,欠驱动控制同时对船舶完全驱动系统提供了一种备份控制技术。
如果全驱动系统遇故障不能正常运行时,可采用欠驱动船舶控制策略,利用仍在工作的控制器对船舶进行有效控制,增大设备出现故障时系统的可靠性。
正是由于上述原因,对欠驱动船舶的控制研究得到了广泛重视并成为控制领域的研究热点之一[2]。
作为一种特殊的非线性控制方法,欠驱动船舶控制技术的发展目前还存在着很多问题,有待于更多的科技工作者致力于深入的研究。
为了促进欠驱动船舶控制技术的发展,本文在查阅有关资料的基础上,对欠驱动船舶数学模型、控制方法及其发展做了较为详细的综述,并对该领域存在的问题以及可能的发展方向进行了探讨。
船艇操纵基本原理素材课件
船艇操纵的安全原则
01
遵守航行规则
02
保持稳定航向
03
保持安全速度
04
保持瞭望
船艇操纵的注意事项
注意船艇设备状况
注意气象条件
注意水域条件
注意人员安全
船艇操纵的风险与应对措施
碰撞风险 搁浅风险 翻船风险
05
船艇操纵应用实例
CHAPTER
船艇在港口中的应用实例
港口航道选择 锚泊操作 靠泊操作
03
船艇操纵基本技能
CHAPTER
船艇的启动与停泊
启动
停泊
船艇的航行控制
航向控制
通过舵和螺旋桨的配合使用，控制船艇的航向。
速度控制
通过调整油门和离合器，控制船艇的速度。
船艇的转向与回转
转向
减速
通过减小油门和调整舵的角度来减速。
04
船艇操纵安全与注意事 项
船艇在水中受到推进力作用，速度增 加的状态。
阻力状态
船艇在水中受到阻力，速度减缓的状 态。
船艇的操纵装置
舵
锚 缭索
船艇的操纵性能
灵敏度
船艇对操纵指令的响应速度和准 确性。
稳定性
船艇在受到外力作用后的回复能 力和保持航向的能力。
回转性
船艇在航行中改变航向的难易程 度，包括最小回转圈半径和回转
速度等指标。
船艇操纵的历史与发展
船艇操纵的起源
船艇操纵的发展
随着科技的不断进步，船艇操纵技术 也不断发展，出现了各种先进的导航、 操纵设备和技术，如雷达、GPS等。
02
船艇操纵基础知识
CHAPTER
船艇的推进方式
螺旋桨推进
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船舶运动控制概述
随着经济全球化的加剧，现代物流业飞速发展，市场对进出口的需求越发的加大，造成了与之相应的航运自动化的繁荣发展，各种新的控制算法不断地应用于传播控制以提高营运的经济效益。
作为大连海事大学自动化专业的学生，我们有必要了解船舶相关的知识，包括船舶运动控制，船舶控制系统，船舶导航等的相关知识。
并将储备的知识运用到以后的学习与工作中。
一、欠驱动船舶的控制器设计
首先我们先来聊聊船舶的驱动。
由于船舶动力驱动结构具有非完整约束和典型的欠驱动特性,而且航行条件的变化、环境参数的严重干扰和测量的不精确性等又使船舶运动呈现出大惯性、长时滞、非线性等特点,采用传统的船舶控制方法已经不能满足控制要求,必须探索新的船舶控制方法。
欠驱动系统是指由控制输入向量空间的维数小于系统广义坐标向量空间维数的系统，即控制输入数小于系统自由度的系统[1]。
欠驱动船舶模型一般都具有非线性运动方程的形式，欠驱动船舶模型一般都具有非线性运动方程的形式，欠驱动船舶模型一般都具有非线性运动方程的形式，约束都是不可积的微分表达式,属于非完整系统。
研究欠驱动船舶的控制器设计也具有非常重要的现实意义。
一个欠驱动船舶以较少数目的驱动器来完成航行任务,降低了系统的费用及重量,提高了营运效益,同时也会因控制设备的减少而降低船舶机械故障的发生率,使系统运行更加稳定而易于维护。
更为重要的是,欠驱动控制同时对船舶完全驱动系统提供了一种备份控制技术。
如果全驱动系统遇故障不能正常运行时,可采用欠驱动船舶控制策略,利用仍在工作的控制器对船舶进行有效控制,增大设备出现故障时系统的可靠性。
正是由于上述原因,对欠驱动船舶的控制研究得到了广泛重视并成为控制领域的研究热点之一[2]。
作为一种特殊的非线性控制方法,欠驱动船舶控制技术的发展目前还存在着很多问题,有待于更多的科技工作者致力于深入的研究。
为了促进欠驱动船舶控制技术的发展,本文在查阅有关资料的基础上,对欠驱动船舶数学模型、控制方法及其发展做了较为详细的综述,并对该领域存在的问题以及可能的发展方向进行了探讨。
如果把船舶作为一个刚体来研究,则船舶的运动有六个自由度,称之为横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡。
考虑常规船舶水平面运动的控制,所关心的主要是船舶在水面上的位置和航向,而且就低重心的普通船舶而言,垂荡、纵摇和横摇对其水平面运动影响甚微,可以忽略。
因此水面船舶的六自由度运动就可以简化为沿x方向前进、y方向横移及绕z轴旋转(艏摇)的三自由度运动。
由于船舶的推进装置仅装备有螺旋桨推进器和船舵,也就是说系统只有2个控制输入(前向推力和旋转力矩),但需要同时控制船舶在水平面运动的3个自由度,因此对常规船舶平面运动的控制研究可归结为欠驱动控制问题。
上述的船舶的控制问题 ,船的质量和阻尼矩阵都假定为三角阵 ,船舶模型参数和环境干扰的不确定性也被忽略 ,都是在理想的条件下对船舶进行镇定Π跟踪控制。
二、船舶操纵的控制技术发展
船舶操纵的自动舵是船舶系统中不可缺少的重要设备,随着对航行安全及营运需求的增长，人们对自动舵的要求也日益提高。
本世纪20年代,美国的Sperry和德国的Ansuchz在陀螺罗径研制工作取得实质进展后分别独立地研制出机械式的自动舵,它的出现是一个里程碑,使人们看到了在船舶操纵方面摆脱体力劳动实现自动控制的希望,这是第1代自动舵。
机械式自动舵只能进行简单的比例控制,为了避免振荡,需选择低的增益,它只能用于低精度的航向保持控制。
本世纪50年代,随着电子学和伺服机构理论的发展及应用,集控制技术和电子器件的发展成果于一体的、更加复杂的第2代自动舵问世了,这就是著名的PID舵。
自然PID舵比第1代自动舵有长足进步,但缺乏对船舶所处的变化着的工作条件及环境的应变能力,因而操舵频繁,操舵幅度大,能耗显著。
到了60年代末,由于自适应理论和计算机技术得到了发展,人们注意到将自适应理论引入船舶操纵成为可能,瑞典等北欧国家的一大批科技人员纷纷将自适应舵从实验室装到实船上,正式形成了第3代自动舵。
自适应舵在提高控制精度、减少能源消耗方面取得了一定的成绩,但物理实现成本高,参数调整难度大,特别是因船舶的非线性、不确定性,控制效果难以保证,有时甚至影响系统的稳定性,尽管存在这些困难,熟练的舵手运用他们的操舵经验和智慧,能有效地控制船舶,为此,从80年代开始,人们就开始寻找类似于人工操舵的方法,这种自动舵就是第4代的智能舵。
此外,80年代前船舶上安装的自动舵一般只能进行航向控制,它可把船舶控制在事先给定的航向上航行。
随着全球定位系统(GPS)等先进导航设备在船舶上装备,人们开始设计精确的航迹控制自动舵,这种自动舵能把船舶控制在给定的计划航线上。
1.PID控制
直到70年代早期,自动舵还是一个简单的控制设备,航向偏差给操舵设备提供修正信号,对海浪高频干扰,PID控制过于敏感,为避免高频干扰引起的频繁操舵,常采用“死区”非线性天气调节,但死区会导致控制系统的低频特性恶化,产生持续的周期性偏航,这将引起航行精度降低,能量消耗加大[3]。
此外,当船舶的动态特性(速度、载重、水深、外型等)或外界条件(风、浪、流等)发生变化时,控制参数需连续地进行人工整定,控制参数不合适的控制器将导致差的控制效果,如操舵幅度大、操舵频繁等,而人工整定参数很麻烦,为此,人们提出了自适应控制方法。
2.自适应控制
任何自适应系统都应能连续地自动辨识(整定)PID算法的控制参数,以适应船舶和环境条件的动态特性。
目前提出的方法主要有自适应PID设计法、随机自适应法、模型参考法、基于条件代价函数的自校正法、最小方差自校正法、线性二次高斯法、H∞控制法、变结构法等,这些自适应方法都有各自的优缺点,并且自适应法还处于不断的发展过程中。
总之,自适应控制技术不仅与代价函数的估计值有关,而且也与精确地建立扰动模型有关,在船舶所遇到的复杂的工作台条件下,自适应自动舵并不能提供完全自动的最优操作。
3.智能控制
对有限维、线性和时不变的控制过程,传统控制法是非常有效的,如果这样的系统是充分已知的,那么,它们能用线性分析法表示、建模和处理,但实际船舶系统常具有不确定性、非线性、非稳定性和复杂性,很难建立精确的模型方程,甚至不能直接进行分析和表示,而人工
操作者通过他们对所遇情况的处理经验和智能理解与解释,就能有效地控制船舶航行. 因此,人们很自然地开始寻找类似于人工操作的智能控制方法。
目前已提出3种智能控制方法,即专家系统、模糊控制和神经网络控制。
专家系统的关键技术是知识经验的获取与表示。
Brown等采用了模仿人工操作的专家系统方法,而并没有直接使用船舶的数学模型,通过研究人工操作与普通自动舵控制之间的差异,建立了规则库以便修正自动舵的特性,也就是自动舵与基于规则的专家系统之间进行交互作用。
例如,舵手把两次连续的转弯当作一次长的转弯来处理,这种措施及其它类似措施都可在修正后的自动舵上实现。
此文还论述了这种模拟人工操作的自动舵构造方法,当然,这里的舵手是选择对不同船舶、工作条件、环境及可能发生的情况很有处理经验的人。
这种的自动舵专家系统与船舶操纵模型无关。
通过查阅老师推荐的相关资料,我们了解了关于船舶的控制相关的方法的知识,包括PID控制、自适应控制、智能控制等。
不仅扩充了船舶控制系统相关的知识，更学会了和熟练了查找相关文献资料的技能。
为我们以后的学习和工作打下了良好的基础。
参考文献：
[1]周祥龙，赵景波. 欠驱动非线性控制方法综述[J]，工业仪表与自动化装置，2004
[2]LMANOVSKY K,MCCLAMROCH N H. Development in non-holonomic control problems.IEEE Control System Magazine,1996
[3]张显库，贾欣乐. 船舶运动控制，国防工业出版社，2006.2
[4]杨承恩等. 船舶舵阻摇及鲁棒控制,大连海事大学出版社,2001。