收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

大型船舶航向/航迹智能容错控制研究

李高云  
【摘要】:随着科学技术的飞速发展,现代化的工程系统正朝着大规模、复杂化的方向发展,可靠性已成为关键评价指标。如何保障系统高效、安全、可靠的运行,成为人们迫切需要研究和解决的重要问题。大型船舶采取四桨-两舵方式配置,使其螺旋桨和舵在功能上具备了冗余度,对大型船舶航向/航迹容错控制研究提供了功能冗余的基础条件。针对实际工程中单纯的鲁棒容错控制很难提高控制精度,而单纯的重构容错控制又受到故障诊断子系统时滞性的制约,本文首次提出了船舶航向/航迹分步容错控制的思想,将鲁棒容错控制、故障诊断技术和重构容错控制有机的结合起来,优势互补、集成智能容错控制系统,在提高容错控制性能的同时能够降低系统实现难度。 首先,简略阐述课题相关理论的发展现状以及大型船舶的需求,介绍论文的整个思路框架和研究内容。抓住船舶运动数学建模研究是进行船舶控制和仿真研究的基础和核心。分析大型船舶的操纵性特点,详细地推导给出船舶水平面非线性运动仿真模型和线性简化控制模型,并给出船体水动力参数的计算公式。同时,对船体总阻力模型、螺旋桨推力模型、舵力与力矩模型和舵伺服系统仿真模型展开研究,给出海洋环境随机干扰力与力矩的仿真模型,旨在尽可能精确的模拟船舶的海上航行运动姿态,为容错控制策略的设计与验证提供仿真平台。 其次,根据故障机理分析建立故障树,分解出故障树最小割集,用于甄别所有可能的失效模式和薄弱环节。研究故障树生成样本集方法,设计模糊神经网络故障诊断器结构,基于改进的FNN-BP学习算法训练样本,逼近故障的分类边界,从而完成特征空间到故障空间的多对多非线性映射。仿真验证所设计智能故障诊断器的诊断精度及泛化能力,为容错控制律重构提供故障信息支撑。 再次,研究基于解析冗余的容错控制理论,包括鲁棒容错控制和重构容错控制。针对船舶运动具有的不确定、非线性、参数时变等特性,采用H_2 /H_∞鲁棒控制设计正常工况控制器。提出了传感器和执行器统一数学故障建模方法,鉴于螺旋桨四种故障工况下系统控制模型差异较大,分别基于Lyapunov渐近稳定性理论和Riccati方程,推导证明基于状态观测器的船舶航向鲁棒容错控制设计方法,并设计鲁棒容错策略以供对应工况切换调度。研究传感器回路补偿容错控制方法,对传感器重构策略深入研究,提出遗传算法优化重构参数的方法,引入惩罚因子以保证系统重构后的动态性能。对于执行器伪逆法重构,证明系统执行器重构可行性的条件,并设计系统重构控制器。 然后,阐述本文首次提出的分步容错控制思想。正常工况采用H_2 /H_∞鲁棒控制解决大型船舶参数不确定、理论建模误差、随机干扰等问题;故障初期采用基于Lyapunov的鲁棒容错控制,保证系统的状态有界,为智能故障诊断系统赢取处理时间;故障信息诊断、分离完成以后,依据诊断信息重构控制律,进一步提高了系统的容错控制性能。并给出大型船舶航向/航迹容错控制的设计方案和算法设计流程图。 最后,对大型船舶航向/航迹智能容错控制系统进行仿真研究,对比分析本文容错控制策略设计的有效性。分别对正常工况下的大型船舶航向/航迹常规PID控制和H_2 /H_∞鲁棒控制系统,以及四种不同故障工况下基于Lyapunov的鲁棒容错控制系统和大型船舶航向/航迹智能容错控制系统进行了仿真研究。仿真表明,采用H_2 /H_∞鲁棒控制策略取得了较好的控制效果,航向均方差STD (ψ)值平均减小了约8.9%,舵角均方差STD (δ)值平均减小了约14.6%,其中在艏斜浪浪向角下船舶航向/航迹控制能力更好。大型船舶航向/航迹智能容错控制效果比常规PID控制效果有了明显的提高,航向角均方根STD (ψ)值平均降低了6.8%,舵角均方根STD (δ)值平均降低了16.2%,证实分步容错控制策略能够取得更好的容错控制效果。论文结尾全面总结了大型船舶航向/航迹智能容错控制系统分析和综合的方法。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张宇声,孙丰瑞;基于解析冗余的容错控制——控制率重构研究[J];海军工程大学学报;2004年01期
2 于达仁,杨永滨;最优容错控制与开关控制相结合的再热机组快关控制[J];哈尔滨工业大学学报;1997年04期
3 白连平;孙佃升;;无刷直流电动机换相控制的研究[J];控制工程;2007年S1期
4 刘建;冯雷星;;某型航空发动机容错控制仿真研究[J];电子测量技术;2010年05期
5 程辉;杨克立;;基于永磁同步电动机的新颖容错控制策略[J];微特电机;2011年05期
6 胡寿松,范存海,王永;卫星轨道保持的分散容错控制[J];宇航学报;1995年04期
7 师黎,费敏锐;气动执行器故障诊断与容错控制的研究进展[J];自动化仪表;2004年08期
8 周静;黄心汉;;飞行器控制系统的自适应容错控制[J];武汉理工大学学报;2009年05期
9 李晓辉,刘志东;降维观测器系统的鲁棒容错控制[J];北京机械工业学院学报;2003年03期
10 胡寿松,唐建秋;故障大系统的鲁棒容错控制方法[J];南京航空航天大学学报;1993年S1期
11 李秀平,靳蕃;一种新的容错控制方法[J];西南交通大学学报;1995年03期
12 黄丹梅,侯朝桢;多机网络式火控系统的容错控制方法[J];北京理工大学学报;1997年03期
13 刘丽华,魏秀琨,刘志东;基于Riccatti方程的鲁棒容错控制[J];北京机械工业学院学报;2003年02期
14 张建华,史运涛,侯国莲,张荫芬;燃煤电厂协调控制系统故障诊断与容错控制应用研究[J];中国电机工程学报;2004年08期
15 邓胜利;雷虎民;邵雷;折生禄;;基于交互式多模型的飞控系统容错控制研究[J];飞行力学;2011年01期
16 韩兵,陈新海;导弹的最小方差容错控制[J];航空学报;1993年07期
17 吕宁,黄金杰,刘志东;基于稳定性的状态反馈控制系统容错控制策略[J];北京机械工业学院学报;1999年04期
18 石桂芬,方华京;基于相邻矩阵的多机器人编队容错控制[J];华中科技大学学报(自然科学版);2005年03期
19 杜凤怀;王萧;孙虎元;;舵机卡死故障的导弹容错控制研究[J];弹箭与制导学报;2008年05期
20 孙继涛,刘永清,邓飞其;不确定时变滞后系统的鲁棒容错控制[J];同济大学学报(自然科学版);2001年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王树彬;黄鹤;韩笑冬;王执铨;;一种基于细化故障的容错控制设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 刘伟;汪志鸣;;数据包丢失的不确定奇摄动网络化容错控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
3 胡中功;;具有时滞的线性不确定连续系统的鲁棒容错控制器设计[A];1998中国控制与决策学术年会论文集[C];1998年
4 王敏;臧曙;周东华;;非线性动态系统的容错控制[A];04'中国企业自动化和信息化建设论坛暨中南六省区自动化学会学术年会专辑[C];2004年
5 韩清龙;成成;俞金寿;黄道;;一种基于LQR理论设计连续系统鲁棒容错控制器的方法[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
6 罗小元;武晓晶;关新平;;一类非线性时滞系统基于观测器的自适应容错控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 黄力民;;部分变元稳定性方法在容错控制中的应用[A];1995年中国控制会议论文集(下)[C];1995年
8 唐焱;孙金生;王执铨;;离散时滞系统的容错控制[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
9 黄翼虎;贾喜梅;;基于模糊观测器的容错系统设计[A];中国仪器仪表学会第九届青年学术会议论文集[C];2007年
10 陶永华;;随机极点配置容错控制策略[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李高云;大型船舶航向/航迹智能容错控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 吴军生;时滞系统容错控制若干方法研究[D];上海交通大学;2009年
3 许域菲;近空间飞行器非线性容错控制技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
4 金小峥;基于自适应技术的分布式系统容错控制[D];东北大学;2010年
5 闫鑫;基于滑模的航天器执行机构故障诊断与容错控制研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
6 王向;复杂非线性系统智能故障诊断及容错控制方法研究[D];燕山大学;2012年
7 王德军;故障诊断与容错控制方法研究[D];吉林大学;2004年
8 赵峻;基于学习方法的非线性系统主动容错控制研究[D];中国矿业大学;2010年
9 黄鹤;几种网络控制系统的故障检测与容错控制研究[D];南京理工大学;2009年
10 尹作友;基于模糊模型的非线性系统容错控制的研究[D];东北大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 程应峰;基于逆系统多模型主动容错控制方法研究[D];兰州理工大学;2011年
2 郑叶飞;基于模型的集散系统智能化容错控制[D];上海海运学院;2000年
3 蔡海鹰;散货码头集散控制系统的容错控制[D];上海海运学院;2001年
4 任俊超;广义系统的容错控制[D];广东工业大学;2003年
5 杨虹;时滞系统的鲁棒容错控制研究[D];南京理工大学;2004年
6 谈苑华;面向极端制造装备的液压巨系统的容错技术研究[D];重庆大学;2010年
7 金路;减摇鳍故障诊断及容错控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2001年
8 许德智;基于逆系统方法的主动容错控制研究[D];兰州理工大学;2010年
9 冯冲;串级系统主动容错控制设计[D];大连理工大学;2004年
10 史运涛;故障诊断与容错控制在电厂热工系统中的应用研究[D];华北电力大学(北京);2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 姜恩 记者 张丽辉;燕山大学关新平教授获2006年度高校自然科学一等奖[N];河北日报;2007年
2 陈可;鲁棒控制理论及航天应用成果丰硕[N];科技日报;2006年
3 本报记者 王素艳;丹青难写是精神[N];秦皇岛日报;2006年
4 ;我校获2008年度国家科技奖成果简介[N];新清华;2009年
5 李颖;海难责任分清 肇事逃犯落网[N];中国交通报;2002年
6 吕航;将系统论运用于海事调查中[N];中国交通报;2002年
7 王勤 顾永红;中国自控领域的著名学者——冯纯伯[N];光明日报;2002年
8 本报记者  张蕾;干科学事业 绘精彩人生[N];光明日报;2006年
9 沈阳建筑工程学院 吴成东 高峰;我国智能建筑走向何方?[N];中华建筑报;2000年
10 陈静 周海洋;省科技厅来潭检查重点项目[N];湘潭日报;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978