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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 船舶操縱計(jì)算機(jī)仿真及其航向模糊智能控制
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 簡介：
- 目的：為了更好地了解船舶的非線性，大慣性等復(fù)雜的操縱性能，能夠用經(jīng)濟(jì)直觀的方法體現(xiàn)船舶的應(yīng)舵能力的測試平臺，同時(shí)找到一中比現(xiàn)有PID更好的航向控制智能方法。 基本思路：找到一艘標(biāo)準(zhǔn)船的基本數(shù)據(jù)，運(yùn)用船舶響應(yīng)型運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型原理，建立這艘船的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和Visual C＋＋編程語言建立船舶的操縱平臺，結(jié)合船舶駕駛員的操舵經(jīng)驗(yàn)，利用模糊控制理論設(shè)計(jì)船舶航向智能控制器
- 詳細(xì)介紹：
- 摘要：為了更好地掌握船舶的非線性，大慣性等復(fù)雜的操縱性能，為船舶操縱的教學(xué)以及相關(guān)科研提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)方便的平臺，同時(shí)找到一種比較好的航向控制智能方法，本文從狀態(tài)空間型的非線性船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型原理出發(fā)，研究了二階響應(yīng)型模型，就某一艘船舶的數(shù)據(jù)，建立了這艘船舶的響應(yīng)型運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，并且基于這個(gè)船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用Visual C++計(jì)算機(jī)語言，建立船舶操縱計(jì)算機(jī)仿真平臺。又基于這個(gè)船舶操縱平臺，利用模糊控制理論，結(jié)合船舶駕駛員的操船經(jīng)驗(yàn)，提出一種船舶航向模糊控制方法。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能教好地控制具有很大慣性的船舶航向。 關(guān)鍵詞：船舶操縱；計(jì)算機(jī)仿真；船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型；航向控制；模糊智能控制 1 引言 目前船舶操縱和運(yùn)動(dòng)控制問題的重點(diǎn)研究領(lǐng)域是船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建立和船舶運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)。建立一個(gè)復(fù)雜程度適宜、 精度滿足要求的數(shù)學(xué)模型對于進(jìn)行船舶操縱系統(tǒng)研究是至關(guān)重要的。太復(fù)雜和精細(xì)的模型可能包含難于估計(jì)的參數(shù)，建立的成本也會很高，過于簡單的模型則不能描述系統(tǒng)的重要性能，這就需要我們建模時(shí)要考慮實(shí)用性，也要考慮可行性。目前在船舶運(yùn)動(dòng)模型化研究中有兩大流派，一種是歐美學(xué)派，它采用的是整體模型結(jié)構(gòu)；另一種是日本學(xué)派，通常稱為MMG學(xué)派(Manoeuvring Model Group)，它發(fā)展的是分離型模型結(jié)構(gòu)[1]。整體型模型結(jié)構(gòu)的研究者以Abkowitz為代表，它的模型化方法論是把船、漿、舵看作一個(gè)不可分的整體。分離型模型MMG認(rèn)為操縱性數(shù)學(xué)模型應(yīng)按下述原則建立：(1)應(yīng)以船、漿、舵的單獨(dú)性能為基礎(chǔ)；(2)應(yīng)能簡潔地表示船-漿-舵的干擾效應(yīng)；(3)能合理地表達(dá)作用于船舶上的各種流體動(dòng)力。響應(yīng)型模型是船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的另一種表達(dá)形式。50年代末野本(Nomoto)從控制工程的觀點(diǎn)將船舶看成為一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，舵角為系統(tǒng)的輸入、首向角或轉(zhuǎn)首角速度為系統(tǒng)的輸出，首先從簡捷的物理考察上，建立了描述系統(tǒng)輸出對輸入的響應(yīng)關(guān)系的線性數(shù)學(xué)模型一階響應(yīng)模型。以后根據(jù)不同的需要，建立了非線性響應(yīng)型模型。這些模型的一個(gè)重要的特點(diǎn)是：模型參數(shù)可直接以規(guī)定的實(shí)船試驗(yàn)中獲得，從而避免了狀態(tài)空間型的模型(如MMG模型)參數(shù)需用船模型試驗(yàn)獲得的缺陷，這就自動(dòng)消除了尺度效應(yīng)。因此響應(yīng)型船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型在船舶操縱性的研究領(lǐng)域中，及在船舶航向、航跡自動(dòng)控制研究中，在早期的航海仿真器、操縱仿真器研制中都得到了廣泛的應(yīng)用。它實(shí)質(zhì)上為船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的研究開辟了一個(gè)新領(lǐng)域。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們想到利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)來研究和預(yù)測船舶交通系統(tǒng)中所發(fā)生的問題，即進(jìn)行船舶交通系統(tǒng)模擬。在國外，日本在船舶交通系統(tǒng)模擬方面做了不少工作。日本的黑田勝彥建立了港內(nèi)航行安全評價(jià)的模擬模型和港內(nèi)航行安全評價(jià)的模擬模型；原潔、井上欣三等人運(yùn)用SJ方法與網(wǎng)絡(luò)模擬相結(jié)合，對東京灣水域進(jìn)行了模擬評價(jià)。英、美、西歐有關(guān)船舶交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究代表作首推西歐共同體各國的合作研究成果《COST301》（Cooperation of Science and Technology）,其報(bào)告對西歐船舶交通進(jìn)行了調(diào)研論述。近幾年，挪威的Norcontrol公司、英國的Transas公司相繼開發(fā)了一系列多功能，交互式船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）、船舶交通、船舶操縱模擬器。在國內(nèi)，對船舶交通模擬的研究起步較晚，大連海事大學(xué)方祥麟教授的課題組在承擔(dān)天津港新港VTS技術(shù)論證項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，首次進(jìn)行了“船舶交通系統(tǒng)GPSS模擬及應(yīng)用”和船舶交通微—宏觀模擬的研究，完成了“船舶航運(yùn)交通安全系統(tǒng)模擬仿真技術(shù)的研究”等項(xiàng)目。 航向控制仍是船舶自動(dòng)駕駛的一個(gè)主要任務(wù)。目前在時(shí)間生產(chǎn)中大多數(shù)航向自動(dòng)控制是基于固定增益的ＰＩＤ控制，雖然增益能由用戶自行調(diào)整，但這需要有相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)來得到最佳值，大多數(shù)情況下難以達(dá)到滿意程度。智能理論的發(fā)展，更新更好的傳感器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使得應(yīng)用智能方法來提高船舶自動(dòng)操縱水平成為可能。當(dāng)前國內(nèi)外的研究人員主要利用模糊集理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)來設(shè)計(jì)船舶航向控制器[2][3] ，這些控制器大都基于早期的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型“育美”輪”和“Mariner”輪進(jìn)行。 2 響應(yīng)型船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型 從本質(zhì)上看船舶的動(dòng)態(tài)特性都非線性的，線性響應(yīng)模型僅是對這種動(dòng)態(tài)特性的一次近似。操舵響應(yīng)的非線性來源于兩個(gè)方面：一是船舶縱向速度的變化，二是流體動(dòng)力的非線性特性。當(dāng)船舶的運(yùn)動(dòng)幅度較大時(shí)，船速的影響不可忽略，它會影響船舶的其他運(yùn)動(dòng)特性。野本推導(dǎo)得出的一種非線性轉(zhuǎn)首響應(yīng)模型如下[4] (1) 這時(shí)非線性影響已經(jīng)由 體現(xiàn)， 是常數(shù)，公式(1)即為非線性轉(zhuǎn)首響應(yīng)模型。 這里以集裝箱船“民河”輪為標(biāo)準(zhǔn)船，其船舶主要數(shù)據(jù)為：兩柱間長 為224.5米 ，船寬 為32.2米，滿載吃水12.0米，方形系數(shù)0. 708，船速 為19.2節(jié)，舵葉面積38.0平方米，排水量61416.73 立方米，由這些數(shù)據(jù)根據(jù)公式（2）（3）（4）（5）可計(jì)算出船舶 Nomoto 模型的 K , T參數(shù)[5] （2） （3） （4） （5） 式中，m、 、 和 分別為船舶的質(zhì)量、附加質(zhì)量、慣性矩和附加慣性矩，符號“ ”表示無量綱量。 3 船舶操縱計(jì)算機(jī)仿真平臺 3.1 船舶操縱系統(tǒng)及其仿真步驟 船舶操縱系統(tǒng)由船員、船舶和操船環(huán)境三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。研究船舶操縱系統(tǒng)可以對其原型進(jìn)行研究，即進(jìn)行實(shí)船試驗(yàn)，但在這種原型系統(tǒng)上做試驗(yàn)費(fèi)用太高并且很危險(xiǎn)或者可能發(fā)生嚴(yán)重的破壞。為了減少研究費(fèi)用，可以采用系統(tǒng)仿真的方法研究船舶操縱系統(tǒng)，這主要指在水池中對船舶操縱進(jìn)行試驗(yàn)和利用計(jì)算機(jī)對船舶操縱進(jìn)行仿真。仿真就是建立系統(tǒng)的模型并在模型上做試驗(yàn)，計(jì)算機(jī)仿真是一種對問題求數(shù)值解的技術(shù)，它利用計(jì)算機(jī)對客觀復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真或表演，以安全和經(jīng)濟(jì)的方法，得出系統(tǒng)或過程的數(shù)量反應(yīng)結(jié)果，然后經(jīng)過分析研究，觀測發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識了解或比較評價(jià)一個(gè)系統(tǒng)的行為效果，為決策者提供決策依據(jù)。 采用解析的方法研究船舶操縱系統(tǒng)非常困難，較好的方法是在計(jì)算機(jī)上對船舶操縱進(jìn)行數(shù)字仿真。由于在水池中進(jìn)行船舶操縱試驗(yàn)費(fèi)用仍舊較高，所以這里所說的船舶操縱仿真指的是對船舶操縱系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)的仿真，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行船舶操縱過程，以實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行中的船舶操縱系統(tǒng)的評價(jià)。船舶操縱仿真過程是觀察船舶操縱系統(tǒng)模型中隨時(shí)間變化的所有變量。對船舶操縱系統(tǒng)進(jìn)行仿真，應(yīng)經(jīng)過以下的步驟[6]：1. 問題描述；2. 構(gòu)造仿真模型；3. 數(shù)據(jù)采集；4.模型的確認(rèn)；5. 仿真程序的編制和驗(yàn)證；6. 仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；7. 仿真模型的運(yùn)行；8. 仿真輸出結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析。 3.2 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)字仿真 計(jì)算機(jī)仿真有離散系統(tǒng)仿真和連續(xù)系統(tǒng)仿真之分，在離散系統(tǒng)中，狀態(tài)變量僅在隨機(jī)的時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生瞬間的躍變，而在兩個(gè)相鄰的時(shí)間點(diǎn)之間，系統(tǒng)的狀態(tài)保持不變。而船舶操縱系統(tǒng)的狀態(tài)隨著時(shí)間能作平滑的連續(xù)的變化，所以船舶操縱仿真是連續(xù)系統(tǒng)仿真。連續(xù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征一般可用常微分方程或常微分方程組來描述，因此，要在計(jì)算機(jī)上仿真這類系統(tǒng)，就要求解常微分方程。把船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型寫成微分方程組形式，研究船舶操縱系統(tǒng)的性質(zhì)，歸根結(jié)底是要對這些常微分方程組求數(shù)值解。數(shù)值積分方法主要有歐拉法、梯形法和龍格－庫塔方法[7]。與歐拉法和梯形法相比，龍格－庫塔方法更精確。這里采用四階龍格－庫塔公式，其可滿足仿真精度的要求。四階龍格－庫塔公式由下列一組方程表示。 （6） 式中，函數(shù)f為y在各個(gè)點(diǎn)的一階導(dǎo)數(shù)，h為積分間隔△t。函數(shù)f在每個(gè)積分間隔中被計(jì)算4次。 3.3 船舶操縱仿真平臺 船舶操縱仿真是在Windows XP環(huán)境下，用可視化語言Visual C++ 6.0的軟件開發(fā)平臺作為開發(fā)工具。C語言是一種編譯型語言，它具有書寫簡潔清晰，表達(dá)能力強(qiáng)，通用性好的特點(diǎn)。C語言是一種適用于從8位微型機(jī)到大型機(jī)的通用性語言，用它不但可以編寫操作系統(tǒng)、編譯程序等系統(tǒng)軟件，還可以編寫數(shù)據(jù)處理、過程控制、信息通訊以及人工智能等系統(tǒng)軟件。此外它還具有先進(jìn)的控制結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。代碼質(zhì)量高、可以執(zhí)行好的特點(diǎn)。最重要的是它提供了大量有效實(shí)用的庫函數(shù)，以供開發(fā)者解決各種問題。在進(jìn)行船舶操縱仿真時(shí)，如果在船舶操縱中，需要輸入駕引人員的指令，則時(shí)間比例系數(shù)取1，使得駕引人員觀察和決策的情況與事實(shí)相符。如果不需要輸入駕引人員的指令，則時(shí)間比例系數(shù)取0.1，以節(jié)約時(shí)間和資金。圖1顯示了基于“民河”輪船舶響應(yīng)型運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的計(jì)算機(jī)仿真船舶旋回圈測試的數(shù)據(jù)。圖2顯示了用VC＋＋計(jì)算機(jī)編程語言建立的船舶操縱仿真平臺。為了使船舶操縱的測試簡單、實(shí)用，用軟件平臺代替硬件平臺，取消了模擬器中的操縱箱，改用鼠標(biāo)和人機(jī)界面完成船舶操縱指令的輸入，整個(gè)仿真過程可在一臺計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。 圖1：基于響應(yīng)型運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的船舶操縱仿真旋回圈 圖2：用VC＋＋計(jì)算機(jī)語言建立的船舶操縱仿真平臺 4 船舶航向模糊智能控制 4.1 航向模糊智能控制策略 模糊推理是應(yīng)用模糊邏輯使所給輸入與輸出形成映射的過程。這種映射提供了一個(gè)制定決策和產(chǎn)生方案的基礎(chǔ)。模糊推理的過程包括隸屬函數(shù)的選擇、模糊變換器的建立和模糊規(guī)則的制定。模糊推理系統(tǒng)采用Sugeno型推理機(jī)。構(gòu)造一個(gè)模糊推理系統(tǒng)通常稱為模糊建模。知識庫（基于專家經(jīng)驗(yàn)）能指導(dǎo)學(xué)習(xí)過程，使初始參數(shù)值盡量接近最優(yōu)值，然后在學(xué)習(xí)時(shí)只要微調(diào)這個(gè)知識庫中的參數(shù)從而達(dá)到一個(gè)好的結(jié)果[8]。 有關(guān)模糊規(guī)則如下： 規(guī)則 k： 如果 是 和 是 , 則 式中， 和 是語言變量?；诖安倏v者的知識庫，根據(jù)表１設(shè)定了 的初始值。在這里語言變量[+B +S ZR -S -B]的值對應(yīng)于舵角值[30o 15o 0o -15o -30o]。 表１ 航向控制選擇的舵角模糊規(guī)則 NB ZR PB NB +B +S ZR ZR +S ZR –S PB ZR –S –B 雖然模糊邏輯提供了一個(gè)可行的控制方法，但它要依賴兩個(gè)重要因素：知識獲得技術(shù)的魯棒性和專家?guī)斓挠行?，這兩個(gè)因素在本質(zhì)上限制了模糊邏輯的實(shí)用性，這意味著雖然模糊邏輯系統(tǒng)包含有可以解釋的語言規(guī)則，但它們不能學(xué)習(xí)。通常是設(shè)計(jì)者先制定模糊規(guī)則庫，然后輸入估計(jì)參數(shù)值，而性能測量和策略修正都是主觀性的。此外，如果控制對象的動(dòng)力性能和環(huán)境發(fā)生了變化，精心設(shè)計(jì)的模糊系統(tǒng)的性能也會變差。 4.2 航向智能控制方法的應(yīng)用 下面以模擬實(shí)驗(yàn)船“民河”輪來測試上述的智能控制方法。該實(shí)驗(yàn)船的數(shù)據(jù)見上述第二部分。圖3模糊控制器的航向控制結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人滿意?？刂破髂芎芸觳倏v船舶到新的航向且工作穩(wěn)定。 圖3：船舶航向模糊智能控制結(jié)果 5 結(jié)論 本文充分利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)編程語言，在建立標(biāo)準(zhǔn)船的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立了船舶操縱仿真平臺，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了船舶航向模糊智能控制器，通過仿真平臺測試，控制效果較好。這個(gè)操縱仿真平臺和設(shè)計(jì)的智能控制方法有一些明顯的特征： ? 船舶的車、舵操縱由鍵盤完成。 ? 能對仿真操縱獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 ? 在設(shè)計(jì)船舶智能控制方法時(shí)，一些參數(shù)采用試湊法確定。 本文建立的響應(yīng)型船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型中的水動(dòng)力系數(shù)利用經(jīng)驗(yàn)公式得到，精確度不是很高，在設(shè)計(jì)船舶航向控制器時(shí)沒有考慮風(fēng)、流等外界干擾，這些將在以后的研究工作中得到改善。 參考文獻(xiàn) [1] 吳秀恒，劉祖源等.船舶操縱性.北京：國防工業(yè)出版社，2005. [2] 劉益劍.船舶航向模型參考模糊自適應(yīng)控制器的設(shè)計(jì).自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2003,22(5):11-14. [3] 張顯庫，呂曉菲，郭晨等.船舶航向保持的魯棒神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制.船舶力學(xué)，2006，10(5):55-58. [4] 楊鹽生.船舶運(yùn)動(dòng)控制研究.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2003,3(2):34-39. [5] 賈欣樂， 楊鹽生. 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型. 大連：大連海事大學(xué)出版社，1999. [6] 方祥麟，姚杰，卓永強(qiáng).船舶交通及操縱安全系統(tǒng)評價(jià)模型與方法.大連:大連海事大學(xué)出版社, 2003. [7] 王惠剛，計(jì)算機(jī)仿真原理及應(yīng)用，第1版.長沙：國防科技大學(xué)出版社，1994. [8] 王立新，模糊系統(tǒng)與模糊控制. 北京：清華大學(xué)出版社，2003.
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：為了更好地了解船舶的非線性，大慣性等復(fù)雜的操縱性能，能夠用經(jīng)濟(jì)直觀的方法體現(xiàn)船舶的應(yīng)舵能力的測試平臺，同時(shí)找到一中比現(xiàn)有PID更好的航向控制智能方法。 基本思路：找到一艘標(biāo)準(zhǔn)船的基本數(shù)據(jù)，運(yùn)用船舶響應(yīng)型運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型原理，建立這艘船的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和Visual C＋＋編程語言建立船舶的操縱平臺，結(jié)合船舶駕駛員的操舵經(jīng)驗(yàn)，利用模糊控制理論設(shè)計(jì)船舶航向智能控制器
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 1、從狀態(tài)空間型的非線性船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型出發(fā)，研究了二階響應(yīng)型模型，就某一艘船舶的數(shù)據(jù)，建立了這艘船舶的響應(yīng)型運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。 2、運(yùn)用Visual C++程序計(jì)算機(jī)語言，基于船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，建立船舶操縱計(jì)算機(jī)仿真平臺，有效利用了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的優(yōu)勢，在某些研究上克服了實(shí)船和在水池做試驗(yàn)費(fèi)用高的缺點(diǎn)，在某種程度上可以更方便、經(jīng)濟(jì)地研究船舶的操縱性能。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 1、利用所開發(fā)的船舶操縱計(jì)算機(jī)仿真平臺，可以有效地了解掌握船舶在航行過程中的各項(xiàng)操縱性能，對船舶的安全航行有更好的指導(dǎo)意義。 2、所研究的船舶航向模糊控制方法是對船舶智能控制的一種探索，在操縱操縱計(jì)算機(jī)仿真平臺上進(jìn)行了測試，效果良好，為以后的船舶控制研究作了基礎(chǔ)工作，智能方法在船舶控制上的應(yīng)用，對船舶運(yùn)營的節(jié)能和安全有很重要的意義
學(xué)術(shù)論文摘要
- 為了更好地掌握船舶的非線性，大慣性等復(fù)雜的操縱性能，為船舶操縱的教學(xué)以及相關(guān)科研提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)方便的平臺，同時(shí)找到一種比較好的航向控制智能方法，本文從狀態(tài)空間型的非線性船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型原理出發(fā)，研究了二階響應(yīng)型模型，就某一艘船舶的數(shù)據(jù)，建立了這艘船舶的響應(yīng)型運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，并且基于這個(gè)船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用Visual C++計(jì)算機(jī)語言，建立船舶操縱計(jì)算機(jī)仿真平臺。又基于這個(gè)船舶操縱平臺，利用模糊控制理論，結(jié)合船舶駕駛員的操船經(jīng)驗(yàn)，提出一種船舶航向模糊控制方法。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能教好地控制具有很大慣性的船舶航向。 關(guān)鍵詞：船舶操縱；計(jì)算機(jī)仿真；船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型；航向控制；模糊智能控制
獲獎(jiǎng)情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻(xiàn)
- [1] 吳秀恒，劉祖源等.船舶操縱性.北京：國防工業(yè)出版社，2005. [2] 劉益劍.船舶航向模型參考模糊自適應(yīng)控制器的設(shè)計(jì).自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2003,22(5):11-14. [3] 張顯庫，呂曉菲，郭晨等.船舶航向保持的魯棒神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制.船舶力學(xué)，2006，10(5):55-58. [4] 楊鹽生.船舶運(yùn)動(dòng)控制研究.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2003,3(2):34-39. [5] 賈欣樂， 楊鹽生. 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型. 大連：大連海事大學(xué)出版社，1999. [6] 方祥麟，姚杰，卓永強(qiáng).船舶交通及操縱安全系統(tǒng)評價(jià)模型與方法.大連:大連海事大學(xué)出版社, 2003. [7] 王惠剛，計(jì)算機(jī)仿真原理及應(yīng)用，第1版.長沙：國防科技大學(xué)出版社，1994. [8] 王立新，模糊系統(tǒng)與模糊控制. 北京：清華大學(xué)出版社，2003.
同類課題研究水平概述
- 當(dāng)前在船舶運(yùn)動(dòng)模型化研究中有兩大流派，一種是歐美學(xué)派，它采用的是整體模型結(jié)構(gòu)；另一種是日本學(xué)派，通常稱為MMG學(xué)派(Manoeuvring Model Group)，它發(fā)展的是分離型模型結(jié)構(gòu)。整體型模型結(jié)構(gòu)的研究者以Abkowitz為代表，它的模型化方法論是把船、漿、舵看作一個(gè)不可分的整體。 Abkowitz的非線性船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的從整體的觀點(diǎn)把流體動(dòng)力展開為各運(yùn)動(dòng)變量的Taylor級數(shù)，與線性化數(shù)學(xué)模型的處理方法類似，不同的是著重考慮直至三階的非線性項(xiàng)。 分離型模型結(jié)構(gòu)的研究者以日本的小川、小瀨、井上、平野等人為代表。MMG認(rèn)為操縱性數(shù)學(xué)模型應(yīng)按下述原則建立：(1)應(yīng)以船、漿、舵的單獨(dú)性能為基礎(chǔ)；(2)應(yīng)能簡潔地表示船-漿-舵的干擾效應(yīng)；(3)能合理地表達(dá)作用于船舶上的各種流體動(dòng)力。 響應(yīng)型模型是船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的另一種表達(dá)形式。這是日本研究者野本(Nomoto)從控制工程的觀點(diǎn)將船舶看成為一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，舵角為系統(tǒng)的輸入、首向角或轉(zhuǎn)首角速度為系統(tǒng)的輸出，當(dāng)前主要用的是非線性響應(yīng)型模型。這些模型的一個(gè)重要的特點(diǎn)是：模型參數(shù)可直接以規(guī)定的實(shí)船試驗(yàn)中獲得，從而避免了狀態(tài)空間型的模型(如MMG模型)參數(shù)需用船模型試驗(yàn)獲得的缺陷，這就自動(dòng)消除了尺度效應(yīng)。 在國內(nèi)，對船舶交通模擬的研究起步較晚，大連海事大學(xué)方祥麟教授的課題組在承擔(dān)天津港新港VTS技術(shù)論證項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，首次進(jìn)行了“船舶交通系統(tǒng)GPSS模擬及應(yīng)用”和船舶交通微—宏觀模擬的研究，完成了“船舶航運(yùn)交通安全系統(tǒng)模擬仿真技術(shù)的研究”等項(xiàng)目。 航向控制仍是船舶自動(dòng)駕駛的一個(gè)主要任務(wù)。目前在時(shí)間生產(chǎn)中大多數(shù)航向自動(dòng)控制是基于固定增益的ＰＩＤ控制，雖然增益能由用戶自行調(diào)整，但這需要有相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)來得到最佳值，大多數(shù)情況下難以達(dá)到滿意程度。智能理論的發(fā)展，更新更好的傳感器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使得應(yīng)用智能方法來提高船舶自動(dòng)操縱水平成為可能。當(dāng)前國內(nèi)外的研究人員主要利用模糊集理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)來設(shè)計(jì)船舶航向控制器，這些控制器大都基于早期的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型“育美”輪”和“Mariner”輪進(jìn)行。
