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《大连海事大学》 2006年
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船舶运动模糊神经网络控制系统的研究

林叶锦  
【摘要】:船舶自动舵性能的优劣直接关系到船舶的航行安全和经济效益。但是由于船舶是一个具有非线性、时变和不确定性的复杂控制对象,常规PID控制难以适应变化的工况,自适应控制也由于难以建立精确数学模型,对未建模因素难以奏效。模糊控制特别适合于处理那些难以建立精确数学模型的复杂控制对象,而神经网络则具有强大的学习和容错功能,将模糊控制和神经网络等智能控制技术应用于船舶运动控制是当前重要的研究手段,并有望解决这一问题。本文针对这一发展趋势,对船舶运动模糊神经网络控制方法进行研究。具体内容包括: 1.从动力学角度出发建立了水面船舶三自由度的运动模型,在现有研究成果的基础上,考虑了风、浪、流等干扰因素和舵机的模型。并利用Matlab的S函数建立了Abkowitz非线性船舶运动模型的Simulink模块,可在Simulink环境下直接应用于船舶操纵试验和船舶运动控制规律的仿真研究。 2.分析了船舶航向和航迹控制的原理,根据航向改变和航向保持过程中不同的操舵特点分别设计了航向保持模糊控制器、转向模糊控制器和控制模式切换控制器。为验证算法的有效性,首先采用Abkowitz非线性船舶运动模型在无干扰和有干扰的情况下分别进行了仿真,然后采用不同参数的Nomoto模型进行了加扰仿真,并对控制器的性能进行了验证和分析。 3.根据模糊系统的推理过程构建了基于神经网络的模糊控制器,并分析了输出模糊子集取对称或单点隶属函数的Mamdani模糊系统以及零阶T-S模糊系统与RBF网络之间的等价关系。在此基础上提出了基于RBF神经网络的模糊控制器,利用隐层节点中心矢量和输出权值来定义模糊规则的前件和后件,并采用遗传算法对RBF网络参数进行调整来实现对模糊控制器规则库的优化或者模糊规则的自动生成。在优化方法上先将二维的矢量中心节点展开成由一维节点表示的等价网络,使得优化参数大大减少,并且建立了基于Simulink环境的遗传算法优化模块,应用于控制器参数的优化。仿真结果展示了控制算法和优化算法的有效性。 4.采用自行研制的船舶运动控制试验平台进行了船舶运动控制的物理仿真,
【学位授予单位】:大连海事大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:U664.82

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 刘芙蓉;半潜船动力定位控制系统建模和仿真研究[D];武汉理工大学;2011年
2 熊瑛;基于智能控制的潜艇操纵运动仿真研究[D];中国舰船研究院;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王振琛;饱和气体发生器低温制冷系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张雅妮;基于粒子群算法模糊控制自动舵的研究与仿真[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王涛;煤矿瓦斯智能传感器的应用研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
4 董少波;基于模糊神经网络的永磁无刷直流电动机调速系统研究[D];华南理工大学;2011年
5 胡云艳;欠驱动水面无人艇的航迹跟踪控制研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 施冬梅;基于SVM的船舶航向广义预测控制[D];苏州大学;2008年
7 任康旭;载人潜水器运动控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 曹包华;基于模型参数辨识的船舶运动控制仿真系统研究[D];吉林大学;2012年
9 徐红;模糊智能控制在船舶动力定位中的应用研究[D];大连海事大学;2012年
10 侯平仁;无人多功能海事船自主航行系统研究与设计[D];武汉理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 向微;陈宗海;张海涛;秦廷;王雷;李明;;基于混合径向基神经网络的逆模控制[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
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9 王科俊;李殿璞;李国斌;;单纯神经适应控制系统的构成[A];1993中国控制与决策学术年会论文集[C];1993年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 包健;有限精度权值神经网络优化的研究与应用[D];华东理工大学;2011年
2 孙大利;石油价格波动规律研究[D];浙江大学;2010年
3 包鑫;稳健回归技术及其在光谱分析中的应用[D];浙江大学;2010年
4 车勇;轮胎噪声的预测方法与试验研究及优化设计[D];武汉理工大学;2010年
5 刘贵;精毛纺织品虚拟加工中的预报与反演模型研究[D];东华大学;2010年
6 沙丽荣;基于正交基神经网络的结构可靠性分析[D];吉林大学;2011年
7 刘怀广;浮法玻璃缺陷在线识别算法的研究及系统实现[D];华中科技大学;2011年
8 胡毅;关节式坐标测量机热变形误差建模及修正研究[D];合肥工业大学;2011年
9 赵俊;结构健康监测中的测点优化布置方法研究[D];暨南大学;2011年
10 李寿林;基于神经网络的微波射频MOSFET器件建模[D];华东师范大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘琪;正态云模型模糊推理系统及其应用研究[D];郑州大学;2010年
2 张华杰;模糊神经网络在肺癌诊断中的应用[D];郑州大学;2010年
3 黄丹;零航速下襟翼鳍升力建模与控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王丹丹;救助船相对受援船动力定位方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 王冬东;浮体艏向调整系统的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 吴晗;大型舰船操纵性理论预报及视景仿真[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 张雅妮;基于粒子群算法模糊控制自动舵的研究与仿真[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 苌占波;咀嚼机器人建模与控制研究[D];大连理工大学;2010年
9 崔小彦;基于RBF神经网络与蚁群算法的瓦斯预测模型研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 谭帅;基于DWO算法的预测控制及在电力负荷预测中的研究与应用[D];长沙理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 欧阳华;一类不确定非线性系统鲁棒控制的LMI方法[J];北京大学学报(自然科学版);2004年05期
2 柳朝军,廖晓钟,张宇河;一种新型的动态模糊神经网络控制器[J];北京理工大学学报;2000年05期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 张寿桂;;一种改进的模糊PID控制自动舵的仿真设计方法[A];1998中国控制与决策学术年会论文集[C];1998年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘芙蓉;半潜船动力定位控制系统建模和仿真研究[D];武汉理工大学;2011年
2 杨盐生;不确定系统的鲁棒控制及其在船舶运动控制中的应用[D];大连海事大学;2000年
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10 田勇;高精度模糊控制策略研究及应用[D];河海大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张仁丹;船舶航迹控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 郑为民;船舶操舵系统的最优控制[D];大连海事大学;2000年
3 赵卫军;船舶航向RBF神经网络模糊控制及综合监控数据通讯系统[D];大连海事大学;2001年
4 臧怀壮;智能控制及其在球棒系统中的应用[D];燕山大学;2002年
5 周荔丹;广义预测控制算法及应用研究[D];湖南大学;2002年
6 牛井超;船舶运动控制试验平台系统设计与海上试验[D];大连海事大学;2002年
7 毛斌宏;潜艇空间运动模型及均衡控制技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
8 刘晓明;船舶航向模糊自适应控制研究[D];上海海运学院;2002年
9 王娟;非线性模型预测控制算法及混沌系统预测控制同步研究[D];燕山大学;2003年
10 周伟东;小型冷库特性仿真研究[D];大连海事大学;2003年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 唐超;朱凯;姚杰;邓文;;基于DE优化变论域模糊控制的充电技术[J];汽车工程学报;2012年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 黄丽;基于数据驱动的生物反应过程软测量与优化控制[D];江苏大学;2011年
2 齐霄强;潜器水下悬停控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 彭建;救助船舶动力定位控制系统及其仿真的研究[D];大连海事大学;2012年
2 梁敬娟;二维海浪模型的建立与半实物仿真[D];大连海事大学;2012年
3 徐红;模糊智能控制在船舶动力定位中的应用研究[D];大连海事大学;2012年
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5 程楠;半潜式钻井平台推力分配优化算法研究[D];大连海事大学;2012年
6 晋京;移动跟踪平台控制系统的研究[D];西南交通大学;2012年
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8 郭娟;不同海况条件下船舶动力定位混合控制系统设计[D];上海交通大学;2012年
9 罗剑波;兆瓦级风电机组最佳功率控制研究[D];兰州交通大学;2012年
10 赵晴;船舶航迹智能控制算法的研究[D];集美大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨盐生,于晓利,贾欣乐;船舶航向鲁棒PID自动舵设计[J];大连海事大学学报;1999年04期
2 胡耀华;船舶运动控制仿真平台[J];大连海事大学学报;2000年02期
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【相似文献】
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5 马延德;关伟姝;孙德壮;王言英;;浮式生产储油船(FPSO)迁航性能计算[A];2005年度海洋工程学术会议论文集[C];2005年
6 沈智鹏;郭晨;张宁;;5446TEU集装箱船舶运动数学建模与仿真[A];2007年中国智能自动化会议论文集[C];2007年
7 余鹤书;谷美荣;许小峰;;在风浪场中船舶运动失速特征[A];中国航海学会海洋船舶驾驶专业委员会天气与航海安全论文集[C];1997年
8 吴乘胜;朱德祥;顾民;;基于NS方程的数值波浪水池构建[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年
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1 记者 刘颖;自动舵市场:从中端产品突破[N];中国船舶报;2008年
2 幕泽春 杨莉;大连海大三项船配研究课题通过验收[N];中国船舶报;2008年
3 本报记者 王喜林 栗嘉整理;走特色办园之路[N];科技日报;2004年
4 通讯员 杨莉 姜云飞;不上船便可走遍万里海疆[N];中国水运报;2009年
5 杨莉 姜云飞;高品质航海模拟系统获大奖[N];中国船舶报;2009年
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6 马洁;船舶运动姿态预报与控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
7 李红霞;纵浪和斜浪中船舶非线性运动特性研究[D];天津大学;2008年
8 杨盐生;不确定系统的鲁棒控制及其在船舶运动控制中的应用[D];大连海事大学;2000年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张仁彦;船舶运动半物理仿真系统[D];哈尔滨工程大学;2003年
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3 秦桂晓;铰链式拖驳船的运动建模与仿真[D];大连海事大学;2011年
4 李毓江;船舶在波浪中大幅度运动和载荷时域预报[D];武汉理工大学;2004年
5 潘志远;可计及初始横倾的船舶运动与波浪载荷预报[D];哈尔滨工程大学;2003年
6 刘川;响应型非线性船舶模型的鲁棒神经网络控制[D];大连海事大学;2004年
7 何金花;船舶运动建模及虚拟现实技术的实现[D];厦门大学;2007年
8 韩延明;分布式船舶运动仿真平台的研究[D];大连海事大学;2009年
9 李仁玢;船舶运动测量系统的分析设计[D];大连海事大学;2011年
10 吴兆星;船舶运动数据采集分析系统的设计与实现[D];大连海事大学;2011年
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