船舶动力定位非线性控制研究
基于非线性模型预测的船舶动力定位控制器设计
网 络 出 版地 址 ： ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗ ｗ ｗ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｎ ｅ ｔ ／ ｋ ｃ ｍ ｓ ／ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ／ ２ ３ ． １ ３ ９ ０ ． Ｕ ． ２ ０ １ ２ １ ２ ２ ６ ． １ ６ ３ ９ ． ０ ０ ５ ． ｈ ｔ ｍ ｌ
ａ ｍｉ ｎ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｖ ｅ ｓ ｓ ｅ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ Ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ Ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｆ ｒ ｅ ｅ ｄ ｏ ｍ（ ３ 一 Ｄ Ｏ Ｆ ）ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｄ ｙ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ
ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎｅ ａ ｒ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
Ｗ ＡＮＧ Ｙ ｕ ａ ｎ ｈ ｕ ｉ ，Ｓ ＵＩ Ｙ ｕ ｆ ｅ ｎ ｇ ，Ｗ Ｕ Ｊ ｉ ｎ ｇ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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 ）
动力定位系统发展状况及研究方法
四、结论与建议
3、加强人才培养和队伍建设。通过加强人才培养和引进高素质人才，建立专 业化的研发和运维团队，为动力定位系统的可持续发展提供有力保障。
四、结论与建议
4、拓展应用领域和市场。积极探索动力定位系统在其他领域的应用，如水上 运动、环保工程等，拓展新的市场和应用领域。
参考内容
内容摘要
随着全球定位系统（GPS）的不断发展，船舶动力定位系统（Dynamic Positioning System，DPS）已经成为海洋工程领域中不可或缺的一部分。然而， 船舶在复杂海况下易受风、浪、流等多种因素影响，使船舶位置和姿态难以保持。 为了解决这个问题，多传感器信息融合技术被引入到船舶动力定位系统中，以提 高船舶定位和姿态控制的精度。
2、基于神经网络的信息融合方 法
2、基于神经网络的信息融合方法
神经网络是一种模拟人脑神经元结构的计算模型，具有强大的非线性映射能 力和自学习能力。在船舶动力定位系统中，神经网络可以用于实现对船舶位置、 姿态等参数的估计和预测。常用的神经网络包括多层感知器（MLP）、递归神经 网络（RNN）和卷积神经网络（CNN）等。
二、动力定位系统的发展过程
1、初期发展
1、初期发展
动力定位系统的初期发展始于20世纪60年代，当时该技术主要应用于海洋石 油钻井平台。随着技术的不断发展，动力定位系统的应用范围也逐渐扩大，包括 海洋工程、海洋科学、水下考古等多个领域。
2、技术更新换代
2、技术更新换代
随着技术的不断进步，动力定位系统的性能得到了大幅提升。从最初的机械 式稳定平台到现在的计算机控制的动力定位系统，其技术更新换代迅速。近年来， 随着人工智能、物联网等技术的不断发展，动力定位系统的智能化、自动化程度 也越来越高。
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。
航行船舶的非线性水弹性理论与应用研究的开题报告
航行船舶的非线性水弹性理论与应用研究的开题报告一、选题背景及意义随着船舶技术的发展和航行条件的多样化，船舶水弹特性成为研究的重要方向之一。
由于船舶在波浪作用下的运动是非线性的，因此进行非线性研究可以更加准确地描述船舶的运动和水动力特性。
同时，船舶的水弹特性对于船舶的结构设计、性能评估和海洋工程问题等方面都有着非常重要的意义。
二、研究内容本课题旨在研究航行船舶非线性水弹性理论与应用，具体研究内容包括：1. 航行船舶运动方程的推导与建立，包括船舶的六自由度运动方程和波浪方程等。
2. 船舶非线性水弹力学特性的研究，包括船舶的各种非线性因素对水动力特性的影响等。
3. 船舶水动力性能的评价与分析，包括船舶的阻力、功率和速度等性能指标的计算和分析。
4. 船舶运动的数值模拟与实验验证，包括采用数值计算方法对船舶水动力性能进行模拟和仿真，以及实验验证等。
三、研究方法本课题主要采用理论分析、数值计算和实验验证相结合的方法进行研究。
具体包括：1. 应用流体力学基础理论和方法，对船舶的水弹特性进行理论分析和建模。
2. 采用计算流体力学方法，建立数值模型对船舶的水动力特性进行数值模拟和计算。
3. 进行船舶水动力性能实验，验证数值模拟的准确性和可靠性。
四、预期成果通过本课题的研究，预期能够得到以下成果：1. 深入理解船舶非线性水弹性理论及其应用领域的研究现状和发展趋势。
2. 建立航行船舶水弹模型，对船舶的水动力特性进行研究和分析。
3. 发现非线性因素对船舶水动力性能的影响规律，为船舶设计和海洋工程问题等提供重要理论依据。
4. 提供船舶水动力性能的数值模拟分析方法和技术支持，为船舶航行安全和效率提供技术保障。
五、可行性分析本课题的研究涉及到流体力学、应用数学、国际贸易等多个领域的知识，需要具备扎实的理论基础和实验技能。
此外，还需要掌握相关的数值计算方法和软件工具，并具备一定的工程应用实践经验。
综合考虑，本课题的研究具有较高的可行性和实现可行性。
船舶航向检测与动力定位控制方法研究
（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）
作者签名： 日 期：
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
船舶动力定位系统通过船舶自身的推力来抵抗风、浪、海流等环境干扰力，从而使船舶在 海面上保持一定的位置和方向。该系统具有不受水深限制、部署迅速和撤离迅速等优点，同时 又能够使船舶实现较为精确的机动。因此，对于大多数在海上作业的船舶来说，动力定位系统 是必要的支持系统。为了提高船舶动力定位系统的性能，本文对船舶航向检测以及动力定位控 制方法展开了研究。
本文为实现船舶的动力定位控制，首先利用微分同胚变换将船舶的位置变量变换到随船坐 标系中，实现多变量耦合状态的初步解耦，并对系统之间的相互影响进行了稳定性分析，分析 结果使得在控制器设计中只考虑低阶本质非线性子系统的状态收敛性即可，由此简化了控制器 的设计，最后利用反步法设计了船舶动力定位系统的控制器，并与所设计的非线性无源观测器 相结合，实现了船舶动力定位控制的全局渐近稳定，并可使部分状态以指数速率收敛于系统的 平衡点。仿真试验表明，所设计的控制器在不同海况下均具有良好的效果。
A Thesis in Detection Technology and Automatic Device
船舶动力定位系统的自抗扰控制研究
船舶动力定位系统的自抗扰控制研究一、内容概览随着全球经济的快速发展和国际贸易的日益频繁，船舶作为重要的运输工具在各个领域发挥着举足轻重的作用。
然而船舶在海上航行过程中，面临着恶劣的海洋环境和复杂的气象条件，这对船舶的安全和稳定运行提出了严峻的挑战。
为了提高船舶的航行性能和安全性，船舶动力定位系统(Dynamic Positioning System,DPSS)作为一种先进的导航技术，已经在船舶上得到了广泛应用。
然而由于船舶动力定位系统的复杂性和实时性要求，其在实际运行过程中可能会受到各种干扰因素的影响，从而导致定位精度下降、系统故障等问题。
因此研究船舶动力定位系统的自抗扰控制具有重要的理论和实际意义。
本文主要围绕船舶动力定位系统的自抗扰控制展开研究，首先分析了船舶动力定位系统的基本原理和工作流程，然后探讨了船舶动力定位系统在实际运行过程中可能遇到的干扰源及其对系统性能的影响。
在此基础上，提出了一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的自抗扰控制方法，并通过仿真实验验证了该方法的有效性。
针对船舶动力定位系统的自抗扰控制问题，提出了一些改进措施和未来研究方向。
A. 研究背景和意义随着全球经济的快速发展，航运业作为国际贸易的重要载体，其在世界经济中的地位日益凸显。
然而航运业面临着诸多挑战，如船舶运营成本的不断上升、航行安全问题、环境保护要求等。
为了应对这些挑战，提高船舶运输效率和安全性，船舶动力定位系统(DPSS)作为一种先进的船舶自主导航技术，正逐渐成为航运业的研究热点。
船舶动力定位系统是一种利用卫星信号实现船舶精确定位的技术，它可以为船舶提供实时、准确的三维位置信息，从而使船舶能够自动调整航向、速度等参数，实现自主导航。
自抗扰控制是船舶动力定位系统的核心技术之一，它通过对系统内部环境的变化进行预测和识别，采取相应的控制策略，以保证系统的稳定性和可靠性。
研究船舶动力定位系统的自抗扰控制具有重要的理论意义和实际应用价值。
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
船舶动力系统的定位控制技术探讨
船舶动力系统的定位控制技术探讨作者：张荣伟来源：《智富时代》2019年第03期【摘要】船舶动力系统的运行速度与外部环境、控制工艺等有关系，对动力系统进行定位考虑的环节，作业人员研究动态面控制工艺、实时检测等技术运用要领，根据输出反馈规律，将动态面控制工艺引入至系统动力定位中，便于实时掌握船舶位置。
借助系统自身对风浪的抵御能力，利用动力定位技术在海面长时间保持精确稳定轨迹，目前船舶定位技术在海底管道铺设和海上救援等工作中得到广泛运用。
【关键词】船舶；动力系统；定位控制一、船舶动力系统的介绍为克服船舶运行中的技术限制，根据船舶动力系统自身的运行特点，采取一种抗干扰、抗风浪等的综合措施，借助稳定的动力系统让船舶在航行中保持路线稳定。
动力系统定位系统具有精度高、速度快、实用性强、可靠性高等优势，这有助于海洋开发。
当前船舶动力定位系统是由测量、控制、推力装置等部分构成，可实现有效的动力控制及推力功能，控制器在系统定位中具有不可忽视的作用。
二、动力系统及定位技术运用反馈系统设计：为促进定位系统内信息的快速反馈，船舶航行工作人员及时考虑海上环境对定位系统运行的影响，借助观测器来实现传播动态信息控制，依据定位反馈系统规律，及时设置船舶位置期望值，进行设想，以此快速了解船舶位置最大误差。
采用动态控制的思想，注重对控制指标的分析，掌握滤波器工作状态，有效简化反馈系统控制流程，考虑船舶系统的输出量，利用高性能的观测器测量某一船舶的运行速度，在设定时间的情况下，科学估测其运行速度。
参数优化：动力系统是整个船舶安全运行的关键，为有效抵御外界环境干扰，及时构建由测量装置、推进器装置、控制系统构成的新型动力系统。
下图所示为某船舶动力控制装置框架。
模糊控制：运用模糊控制理论指导动力系统设计，了解系统输出量、控制性能等各个信息，借助外载负荷建立动力系统稳定系统，强化参数设计，使用传感器快速获取相应的风向信号，明确外载荷载的前提下，科学估测外载荷载对船舶整个动力装置产生的影响。
海事管理中的船舶动态定位技术与控制策略研究
海事管理中的船舶动态定位技术与控制策略研究近年来，船舶动态定位技术在海事管理中扮演着越来越重要的角色。
随着航运业务的不断发展和海上交通的日益繁忙，船舶动态定位技术的研究和应用已经成为保障航行安全和提高运输效率的关键。
本文将探讨船舶动态定位技术的原理、应用以及相关的控制策略。
船舶动态定位技术是一种利用先进的导航、通信和控制系统，通过计算机对船舶进行精确的定位和控制的技术。
它通过全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）和船舶自身的传感器来获取船舶的位置、速度和姿态等信息，并通过自动控制系统对船舶进行精确的定位和控制。
船舶动态定位技术的核心是实时计算和控制，它能够根据船舶的实时状态和环境条件，自动调整船舶的位置和航向，从而确保船舶在复杂的海况下保持稳定和安全。
船舶动态定位技术在海事管理中有着广泛的应用。
首先，它可以提高航行安全性。
通过实时监测船舶的位置和环境条件，并根据预设的安全参数进行自动调整，船舶动态定位技术可以帮助船舶避免潜在的危险，如碰撞、搁浅等。
其次，它可以提高航运效率。
船舶动态定位技术可以根据航线、海况和船舶负载等因素，自动调整船舶的航向和速度，从而减少航行时间和燃料消耗，提高运输效率。
此外，船舶动态定位技术还可以用于海上救援、海洋科学研究等领域，为相关工作提供精确的定位和控制支持。
在船舶动态定位技术的研究中，控制策略起着至关重要的作用。
一种常见的控制策略是PID控制器。
PID控制器通过不断调整船舶的推进力、舵角和舵位等参数，使船舶的位置和航向与目标值保持一致。
另一种控制策略是模型预测控制（MPC）。
MPC基于船舶的数学模型和环境条件，通过优化算法计算出最优的控制策略，并实时调整船舶的位置和航向。
此外，还有基于人工智能和机器学习的控制策略，如神经网络控制、遗传算法等。
这些控制策略可以根据实际需求和环境条件选择和组合，以实现最佳的船舶定位和控制效果。
然而，船舶动态定位技术和控制策略的研究仍然面临一些挑战。
欠驱动船舶的非线性控制问题研究
大连海事大学硕士学位论文欠驱动船舶的非线性控制问题研究姓名：丁磊申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：郭戈20090701中文摘要摘要近年来，随着欠驱动系统控制技术的快速发展以及船舶自动化不断要求，使得欠驱动船舶控制问题的研究具有非常重要的实际意义。
欠驱动船舶的非线性控制方法可以改善船舶的操纵性能，提高船舶运行的安全性与经济性。
同时，欠驱动船舶作为一类强非线性系统，对它的研究也具有十分重要的理论价值。
因此，欠驱动船舶的非线性控制问题是一个值得研究的课题，已经成为了船舶运动控制领域的热点之一。
本论文在深入分析国内外关于欠驱动船舶控制问题的研究成果及总结其所存在的问题基础上，对欠驱动船舶的镇定控制、航迹跟踪控制及船队的编队控制进行了系统的研究，其研究内容如下：首先，欠驱动船舶的镇定控制。
对非完全对称的欠驱动船舶即系统矩阵中的惯性矩阵和阻尼矩阵对角线元素不为零情况下建立系统模型，然后针对所建立的模型利用反步法和级联法相结合设计出了相应的控制器。
通过实验仿真证明了其有效性及正确性。
其次，欠驱动船舶的航迹跟踪控制。
考虑了风、浪、流等外力扰动对系统的影响，建立航迹跟踪模型。
利用反步法和滑模控制法提出了一种新的反步．滑模航迹跟踪控制器，该控制器能够使船舶以一定的速度按照给定的路线航行。
通过实验仿真可以验证这种控制器能够使系统具有很强的鲁棒性。
再次，船队的编队控制。
利用领航者．跟随者方法建立欠驱动船队的编队控制模型。
根据编队控制目标，对跟随船舶设计合适的控制器，从而能够使船队保持一定的队形。
通过ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真，验证了所设计控制器能够实现预期的控制目标。
最后，对本文进行概括性总结。
并且提出了欠驱动船舶非线性控制问题中有待进一步解决的问题。
关键词：欠驱动船舶；镇定控制：航迹跟踪控制；编队控制欠驱动船舶的非线性控制问题研究第１章绪论１．１研究目的及意义近年来，欠驱动系统的控制成为人们关注的热点问题。
动力定位关键技术与展望
2.动力定位技术的研究热点与方向当前国内外的科研院所及研究机构对动力定位技术主要的研究热点是:1，应用非线性理论建立船舶动力定位非线性数学模型2，基于Backstepping方法设计的非线性鲁棒控制器，以提高动力定位系统的控制性能和系统鲁棒性;3，在推力分配方面优化控制算法，研究推力器之间、推力器和船体之间的影响，在最少燃料消耗的前提下产生足够的推力，节省定位成本;4，引入更为先进的、成熟的控制理论和控制方法，减小或消除系统模型不精确性以及反馈系统带来的误差.船舶动力定位控制技术的热点展望[4]:1，二阶波浪力的准确预测与快速补偿；2，多种智能控制方法融合的精度更高的控制算法；3，基于全面能量管理的推力分配优化；5，极端海况，欠驱动等非正常状态下的动力定位控制技术；1，位置测量系统[5]最新的位置测量系统中，一般应用 2 种及2种以上的测量方法，以达到高精度，高速度，抗干扰的良好效果。
挪威康士伯公司的几款最新动力定位系统就是将无线电系统和差分全球定位系统（DGPS）相结合来测定位置信息。
如同时运用无线电系统和全球卫星定位系统，既可保证高精度，又可弥补无线电系统抗干扰性差的不足。
虽然此类方法有着良好的效果，但是若要覆盖全球范围进行定位，综合运用成本较高，所以目前还没有被广泛应用。
但采用多种测量方法，特别是无线电和DGPS联合运用，将是位置测量系统的发展方向。
2，控制系统目前，虽然使用最为广泛的依然是传统的LQG控制，但是智能控制已有取而代之的趋势。
将遗传算法、蚁群算法、动态模糊神经网络、模型预测等新型智能算法应用到动力定位控制系统，并取得了重要的研究成果。
挪威康士伯公司新推出的绿色动力定位控制模式运用了一种新型的智能控制技术——非线性模型预测控制。
该技术在2001年挪威船舶展览会上首次被引入到动力定位系统中。
该控制模式由两部分组成:环境补偿器和模型预测控制器。
环境补偿器是提供一个缓慢变化的推力指令，来补偿一般的环境作用力，使得响应更为缓慢和光滑，对变化环境的反应也更理想；非线性模型预测控制器是通过不断地求解一个精确的船舶非线性动态数学模型，来预测未来船舶的行为以进行控制。
船舶动力定位非线性自适应滤波算法
船舶动力定位非线性自适应滤波算法船舶动力定位非线性自适应滤波算法是一种用于处理海洋中船舶位置信息的先进技术。
该算法基于非线性自适应滤波理论，可以有效地降低数据噪声，提高定位精度，增强船舶控制系统的自适应性。
本算法采用海洋环境下常用的GPS+惯性导航系统（INS）作为数据输入源。
首先，将GPS和INS获得的数据分别进行数据处理，分别得到船舶的位置和姿态信息。
然后，将两种数据输入至非线性自适应滤波器中进行处理。
非线性自适应滤波器是一种基于自适应反馈控制理论的滤波器，它可以根据输入信号的特征自动调节其滤波器参数。
在此算法中，非线性自适应滤波器主要用于对数据进行滤波处理，去除噪声干扰并提高船舶位置及姿态信息的精度。
具体来讲，本算法采用基于神经网络的非线性自适应滤波器。
神经网络模型能够在不事先指定滤波器参数的情况下，自动地通过学习输入信号的特征并生成合适的滤波器权重。
因此，本算法可通过神经网络模型自适应地调整滤波器参数，从而实现非线性滤波过程。
在滤波器训练过程中，本算法采用递归最小二乘法（RLS）算法进行数据拟合和参数估计。
该算法能够对数据进行递归估计和逐步优化，以提高滤波器的泛化能力和适应性。
本算法具有以下优点：一、采用非线性自适应滤波器，能够自动调节滤波器参数，提高滤波精度；二、采用基于神经网络的非线性自适应滤波器，能够提高模型学习和预测能力；三、采用递归最小二乘法算法进行参数优化，能够提高滤波器的稳定性和可靠性；四、提高滤波器的自适应性和适应性，从而提高船舶控制系统的精度和可靠性。
综上所述，船舶动力定位非线性自适应滤波算法是一种先进的海洋船舶定位技术，它采用非线性自适应滤波器进行数据处理，能够有效地去除数据噪声，提高定位精度，从而增强船舶控制系统的自适应性。
在大数据时代，数据已经成为了推动科技进步的基石，通过对相关数据进行分析，可以获得更深入的洞察和更精准的判断。
以下是一些列出的相关数据并进行分析：1.全球气温变化数据。
船舶航向非线性控制的数学模型与分析
船舶航向非线性控制的数学模型与分析曹 媛(天津海运职业学院，天津 300350)摘要: 传统的船舶航向控制模型存在着航向控制精确度的缺陷，为此提出船舶航向非线性控制数学模型研究与分析。
建立船舶航向分析坐标系对船舶航向参数进行确定，根据确定的参数建立船舶航向非线性运动数学模型，以上述模型为基础采用粒子群算法对船舶航向非线性控制程序进行编写与执行，实现了船舶航向非线性控制数学模型的建立。
通过实验得到，建立的船舶航向非线性控制数学模型航向控制精确度比传统模型高出30.8%，说明建立的船舶航向非线性控制数学模型具备极高的有效性。
关键词：航向；非线性；控制；数学；舵角；偏差中图分类号：F272 文献标识码：A文章编号： 1672 – 7649(2019)2A – 0055 – 03 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2019.2A.019Mathematical model and analysis of ship course non-linear controlCAO Yuan(Tianjin Maritime Vocational College, Tianjin 300350, China)Abstract: The traditional ship course control model has the defect of course control accuracy, so the research and ana-lysis of ship course non-linear control mathematical model is put forward. The ship course analysis coordinate system is es-tablished to determine the ship course parameters, and the ship course non-linear motion mathematical model is established based on the determined parameters. Based on the above model, the program of ship course non-linear control is compiled and executed by particle swarm optimization algorithm, and the mathematical model of ship course non-linear control is es-tablished. Stand. The experimental results show that the accuracy of the model is 30.8% higher than that of the traditional model, which shows that the model is highly effective.Key words: heading；nonlinearity；control；mathematics；rudder angle；deviation0 引 言随着我国海洋经济的不断发展，海上运输行业的发展空间逐渐扩大。
开题报告-船舶动力定位控制技术研究
开题报告-船舶动力定位控制技术研究开题报告电气工程及自动化船舶动力定位控制技术研究一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义船舶在海上运行时会遇到风、海浪和海流等海洋环境的干扰，这样船舶就产生了受扰运动。
例如科学考察船在海上进行作业时，需要停在指定的位置上。
但是由于海上环境的影响，考察船不能一直停在指定的位置上。
因此为了确保船舶在海上运作的稳定性，需要对船舶进行定位。
以往，传统的定位方法是锚泊定位。
传统的抛锚定位是将锚扔入海底，利用锚钩住海底的淤泥，从而使船舶抵抗受到的外界的干扰力。
抛锚定位它的优点是，锚是任何船舶上都会备有的定位设备，从而不用另外加装其他的定位设备。
但是这种定位系统有不可避免的缺陷：1、定位不够准确，其精确性与水深成反比；2、抛锚、起锚费时比较麻烦，机动性能差。
一旦抛锚，如果需要重新定位时，需要收锚然后重新抛锚定位，这一过程本身就很繁琐和费时。
3、锚泊系统很容易受海底情况及水深的影响和限制，在一般情况下，它的有效定位的范围是在水深100米左右的区域。
4、对于一些需要在深海作业或者航行的船舶，随着水深的增加，锚泊系统的抓底力会逐渐减小，抛锚的困难程度也会增加，同时还要增加锚链的长度和加强强度，从而导致锚链的重量一下增大，使海上的布链作业将变得复杂。
此外，锚链的价格和安装费用也会猛烈增加。
在实际情况下，当水深达到一定的深度时，多点锚泊系统已经没有多大的用处。
而船舶动力定位系统与传统的定位不同，它不需要借助锚泊系统定位，而是通过测量系统检测出船舶的实际位置与所需要的目标位置的偏差，然后再根据外部环境扰动力的影响来计算出使船舶恢复到目标位置时需要的推力大小，再通过控制船舶上的推力器进行推理分配，从而使推力器产生相对应的推力，尽可能地使船保持在要求的位置上。
动力定位系统的特点是不受海水深度的影响，推力器能在任何水深下提供推力抵抗环境力，动力定位系统的定位成本不会随着水深的增加而增加，同时它具有定位迅速准确，快速响应天气环境的变化和不受海洋环境的影响等优点。
船舶非线性动力学分析方法及工程应用
2022年·第4期·总第199期DOI:10.19423/ki.31-1561/u.2022.04.001船舶非线性动力学分析方法及工程应用唐友刚１ 王丽元２ 刘 峥１ 刘利琴１ 李 焱１（１． 天津大学 建筑工程学院 天津 ３００３５０； ２． 江苏科技大学 海洋装备研究院 镇江 ２１２００３）［摘 要］ 海洋环境作用下的船舶运动和稳性，是一个完整的非线性动力系统。
在考虑海洋环境对船舶作用载荷的非线性和船舶运动固有的非线性响应特性方面，我国进行了大量研究工作，取得一系列创新的理论成果和应用成果。
该文总结了基于非线性动力学理论开展船舶非线性运动响应和稳性的研究方法，揭示了船舶运动失稳、大幅运动响应直至倾覆全过程的非线性动力特性。
重点介绍了规则波和不规则波中船舶参数横摇、骑浪/横甩等现象的非线性分析方法及主要研究结论。
该文给出的非线性动力学方法与耐波性理论相结合的方法，为船舶运动和稳性研究提供了新的途径和方法。
［关键词］船舶非线性动力学；二代稳性；参数横摇；骑浪/横甩［中图分类号］U661.3 ［文献标志码］A ［文章编号］1001-9855（2022）04-0001-14Ship Nonlinear Dynamic Analysis Method and ItsEngineering ApplicationsTANG Yougang1 WANG Liyuan2 LIU Zheng1 LIU Liqin1 LI Yan1(1. School of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300350, China；2. Institute of MarineEquipment Research, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang 212003, China) Abstract: The motion and stability of the ship under the marine environment is a full nonlinear dynamic system. Considering the nonlinear characteristics of ocean environmental loads on the ship and the natural nonlinear response characteristics of the ship motion, there are extensive studies and a series of theoretical and application results. The research methods of the nonlinear motion response and stability of ships based on the theory of nonlinear dynamics are summarized, thus revealing the nonlinear dynamic characteristics of the whole process of the ship motion instability, large-scale motion response, and even capsizing. It mainly focuses on the nonlinear analysis methods and main conclusions of the parametric rolling and surf-riding/broaching in regular and irregular waves. The combination of the nonlinear dynamics method and the seakeeping theory in the current study provides a new approach and method for the study of the ship motion and stability.Keywords:ship nonlinear dynamics; second-generation stability; parametric rolling; surf-riding/broaching收稿日期： 2022-05-16；修回日期： 2022-06-22基金项目：江苏省高等学校基础科学（自然科学）面上项目（21KJD580002）；江苏省双创博士项目（JSSCBS20210995）作者简介：唐友刚（1952-），男，博士，教授。
欠驱动水面船舶的非线性自适应控制研究的开题报告
欠驱动水面船舶的非线性自适应控制研究的开题报告一、研究背景随着海洋经济的发展，水面船舶的应用越来越广泛，但是在复杂的海洋环境中，水面船舶遇到的环境扰动主要包括浪、风、潮汐等，这些环境扰动将对水面船舶的运动状态产生影响，增加其控制难度。
因此，提高水面船舶的自适应控制能力对保证船舶的安全稳定运行至关重要。
在实际控制中，水面船舶的运动方程是非线性的，因此现有的传统线性控制理论不能完全满足非线性水面船舶的控制需求。
同时，欠驱动水面船舶的运动比一般水面船舶复杂，更难进行精确控制。
因此，开展欠驱动水面船舶的非线性自适应控制研究具有很大的理论和实际意义。
二、研究目的本研究旨在探究欠驱动水面船舶的非线性自适应控制方法，提高欠驱动水面船舶的控制精度和稳定性，为保证水面船舶的安全稳定运行提供理论和实践支持。
三、研究内容及研究方法1.研究欠驱动水面船舶的运动特性及其控制方法。
2.研究水面船舶的非线性自适应控制方法，包括模型预测控制和反演控制等。
3.设计欠驱动水面船舶的非线性自适应控制算法，实现对水面船舶的控制。
4.进行仿真实验对欠驱动水面船舶的非线性自适应控制算法进行验证。
5.分析实验结果，总结欠驱动水面船舶的非线性自适应控制算法的优缺点，并提出改进措施。
四、研究预期成果1.研究欠驱动水面船舶的非线性自适应控制方法，提高水面船舶的控制精度和稳定性。
2.设计欠驱动水面船舶的非线性自适应控制算法，并进行仿真实验验证。
3.分析实验结果，总结欠驱动水面船舶控制算法的优缺点，并提出改进措施。
五、研究进度安排1.文献调研，了解欠驱动水面船舶的非线性自适应控制研究现状，结束时间：1周。
2.研究欠驱动水面船舶的运动特性及其控制方法，结束时间：3周。
3.设计水面船舶的非线性自适应控制方法，包括模型预测控制和反演控制等，结束时间：4周。
4.设计欠驱动水面船舶的非线性自适应控制算法，结束时间：6周。
5.进行仿真实验，验证欠驱动水面船舶的非线性自适应控制算法，结束时间：8周。
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船舶动力定位非线性控制研究
船舶动力定位是指船舶依靠自身推进系统产生的动力,抵抗由浪、流、风引起的海洋环境扰动的影响,以一定姿态定位于海面某目标位置或沿着预设轨迹航行。
动力定位系统具有不受水深限制、定位精度高、机动性强等特点,被广泛应用于供给船、铺管船、救援船和石油钻井平台等。
由于作业中的船舶操纵条件及所处的海洋环境等时常发生变化,船舶动态及所遭受到的环境扰动存在明显的不确定性。
船舶推进系统由于物理限制,导致其为船舶提供的控制力和力矩会受到饱和约束。
此外,船舶速度通常是不可测的。
因此,船舶动力定位控制问题是具有挑战性的一类复杂不确定非线性系统控制问题。
开展船舶动力定位非线性控制研究,具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文的主要研究工作如下:1.针对未知时变扰动下的船舶动力定位控制问题,考虑存在输入饱和的情况,应用扰动观测器、辅助动态系统和动态面控制方法,设计了动力定位鲁棒自适应非线性控制律,动态面控制方法避免了中间控制函数的求导运算,使控制律计算简单;又考虑推进器动态、船舶动态模型参数不确定性,利用扰动观测器、辅助动态系统与指令滤波逆推方法,设计了动力定位鲁棒非线性控制律,引入指令滤波器,使所设计的控制律计算简单,且指令滤波器引起的滤波误差被补偿,动力定位控制律的性能被改善。
此外,通过构造扰动观测器,结合投影算法及矢量逆推方法,设计了动力定位鲁棒自适应非线性控制律,保证了动力定位控制系统的全局渐近稳定性。
2.针对存在动态不确定性和未知时变扰动的船舶动力定位控制问题,利用径向基函数神经网络、带死区的自适应技术、鲁棒控制项和矢量逆推方法,设计了动力定位鲁
棒自适应非线性控制律,自适应神经网络在线逼近船舶不确定动态,在自适应律中引入死区,避免了自适应参数的漂移,鲁棒控制项补偿未知时变扰动和神经网络逼近误差,提高了动力定位控制律的鲁棒性;进一步考虑输入饱和问题,引入辅助动态系统处理输入饱和,结合径向基函数神经网络、自适应技术、鲁棒控制项和动态面控制方法,设计了动力定位鲁棒自适应非线性控制律。
此外,通过建立一个线性外部系统并对其进行标准型变换,标准型的输出方程为线性参数化回归模型,用来表示未知时变扰动;然后,构造状态观测器估计该回归模型的回归器,则未知时变扰动被表示成线性参数化形式,使得船舶动力定位扰动补偿问题转化成了自适应控制问题;再将投影算法与矢量逆推方法相结合,设计了动力定位鲁棒自适应非线性控制律,保证了动力定位控制系统的全局渐近稳定性。
3.针对速度不可测、动态不确定以及存在未知时变扰动的船舶动力定位输出反馈控制问题,构造高增益观测器估计不可测的船舶速度,再结合径向基函数神经网络、自适应技术和矢量逆推方法,设计了仅依赖于船舶位置和艏摇角测量值的船舶动力定位鲁棒自适应输出反馈控制律;进一步考虑输入饱和问题,引入辅助动态系统处理输入饱和,结合高增益观测器、径向基函数神经网络、自适应技术和动态面控制方法设计了动力定位鲁棒自适应输出反馈控制律。
4.利用Matlab/Simulink工具箱对上述研究设计的动力定位控制律分别进行了数值仿真实验研究,仿真结果表明,所设计的动力定位控制律能够有效解决船舶存在的未知时变扰动、动态不确定性、输入饱和以及船舶速度不可测量等问题,使船舶位置和艏摇角在不同海况下均可定位于期望值上,实现船舶动力定位。