本文關(guān)鍵詞：基于ECDIS的船舶自動控制仿真研究

  更多相關(guān)文章： MMG模型 航跡保持控制 仿真 輸入輸出

【摘要】：隨著時代的發(fā)展,無人艇、無人飛機技術(shù)應(yīng)運而生,因其在海洋監(jiān)測、營運、安全等方面具有廣泛的應(yīng)用前景而成為國內(nèi)外的研究熱點。其中船舶自動靠泊技術(shù)是控制過程中最為復(fù)雜也是最為重要的部分,其效用價值極高。近年來各學(xué)者提出了諸多的控制算法,如PID控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、多模態(tài)仿人智能控制、混合控制等。根據(jù)這些算法所設(shè)計的控制律,其穩(wěn)定性和控制效率大多是通過Matlab、 Simulink工具并以船舶響應(yīng)模型或簡化的Nomoto模型為基礎(chǔ)進行仿真驗證的。結(jié)果表明,船舶模型從初始狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的時間越短則控制律效果越好�；诖吮疚牟捎肕MG船舶運動模型與現(xiàn)有的控制律算法相結(jié)合的方法,進行船舶自動靠泊仿真研究。 文中應(yīng)用欠驅(qū)動船舶輸入輸出線性化的航跡保持控制算法以及建立的MMG船舶運動模型,通過對控制律輸入船舶位置坐標(biāo)、航向以及轉(zhuǎn)向角速度,計算得到命令舵角；將這一舵角作為輸入傳遞給MMG船舶運動模型,經(jīng)過模型的計算獲得新的船舶位置、航向、轉(zhuǎn)向角速度,再將這些量作為控制律的輸入進行循環(huán)計算；最終在電子海圖模擬器上實現(xiàn)船舶的自動靠泊動態(tài)仿真。本文主要工作有： 1.建立多工況船舶操縱運動數(shù)學(xué)模型。 2.在應(yīng)用Simulink對選用控制律進行調(diào)試驗證的基礎(chǔ)上,用C++編程實現(xiàn)。 3.根據(jù)實船Z型試驗數(shù)據(jù),用野本參數(shù)確定法求得船舶操縱性指數(shù)K、T,再代入野本方程仿真Z型試驗,驗證K、T指數(shù)的有效性,從而確定所選船舶的控制律。 4.將MMG船舶運動模型與控制器程序通過服務(wù)器接口進行連接,最終在電子海圖模擬器上實現(xiàn)船舶運動模型沿計劃航線自動靠泊的仿真。
【關(guān)鍵詞】：MMG模型 航跡保持控制 仿真 輸入輸出
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U664.82
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.2 理論意義和應(yīng)用價值11-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢12-14
• 1.4 模擬器系統(tǒng)介紹14-15
• 1.5 論文的組織與安排15-16
• 第2章 基礎(chǔ)知識16-32
• 2.1 非線性系統(tǒng)基礎(chǔ)知識16-26
• 2.1.1 Lyapunov穩(wěn)定性定義16-19
• 2.1.2 非線性系統(tǒng)19
• 2.1.3 非線性系統(tǒng)線性化19-20
• 2.1.4 微分幾何20
• 2.1.5 李導(dǎo)數(shù)20-21
• 2.1.6 輸入輸出線性化21-23
• 2.1.7 輸入輸出非線性系統(tǒng)狀態(tài)反饋線性化理論23-26
• 2.2 模型數(shù)據(jù)及基礎(chǔ)知識26-32
• 2.2.1 仿真環(huán)境參數(shù)26-28
• 2.2.2 MMG模型數(shù)據(jù)28-29
• 2.2.3 坐標(biāo)變換29-32
• 第3章 多工況船舶操縱運動數(shù)學(xué)模型32-62
• 3.1 操縱運動方程式32-38
• 3.1.1 坐標(biāo)系及各運動參量之間的關(guān)系32-34
• 3.1.2 運動方程的建立34-37
• 3.1.3 量綱的無因次化37-38
• 3.2 船體流體動力模型38-45
• 3.2.1 附加質(zhì)量和附加慣性矩的計算38-40
• 3.2.2 粘性流體動力的計算40-45
• 3.3 螺旋槳及主機特性模型45-53
• 3.3.1 螺旋槳的推力減額系數(shù)和伴流系數(shù)46-47
• 3.3.2 四象限螺旋槳推力系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)47-50
• 3.3.3 螺旋槳橫向力和力矩模型50-52
• 3.3.4 主機模型計算52-53
• 3.4 舵力及舵機的特性計算模型53-58
• 3.4.1 舵的法向力54
• 3.4.2 流向舵的有效來流速度54-56
• 3.4.3 舵的橫向流入速度56-57
• 3.4.4 舵的有效流入沖角57
• 3.4.5 舵機模型57-58
• 3.5 風(fēng)的動力計算模型58-60
• 3.6 流的水動力計算模型60
• 3.7 龍格-庫塔法60-62
• 第4章 欠驅(qū)動船舶輸入輸出線性化航跡保持控制62-67
• 4.1 航跡保持控制系統(tǒng)62-65
• 4.1.1 模型建立62-63
• 4.1.2 控制器設(shè)計63-65
• 4.2 控制器穩(wěn)定性論證65-67
• 第5章 基于MMG的航跡保持控制下船舶靠泊仿真67-88
• 5.1 K、T指數(shù)的計算67-75
• 5.1.1 Z型實驗參數(shù)確定法67-71
• 5.1.2 根據(jù)船型資料回歸法71-72
• 5.1.3 Z型試驗結(jié)果對比72-75
• 5.2 航跡保持控制仿真75-78
• 5.3 航線設(shè)計78-81
• 5.3.1 計劃航線設(shè)計78-79
• 5.3.2 計劃航線坐標(biāo)系變換79-81
• 5.4 自動靠泊仿真81-88
• 5.4.1 船舶控制面板82
• 5.4.2 仿真結(jié)果82-88
• 第6章 結(jié)論與展望88-89
• 參考文獻(xiàn)89-94
• 致謝94-95
• 作者簡介95

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳京海;B型螺旋槳系列新設(shè)計圖譜的校核和對問題的分析[J];船舶設(shè)計通訊;1995年01期

2 楊鹽生;淺水域航行船舶對操舵的響應(yīng)[J];大連海運學(xué)院學(xué)報;1988年03期

3 陳小鳳;劉正江;李鐵山;;船舶自動靠離泊系統(tǒng)方案及其混合控制策略[J];大連海事大學(xué)學(xué)報;2006年02期

4 劉春生;洪碧光;滕英祥;李同山;;側(cè)推器協(xié)助船舶靠離泊操縱的數(shù)學(xué)模型[J];大連海事大學(xué)學(xué)報;2007年01期

5 岳晉;任光;曹輝;;基于Simulink的船舶運動模型動態(tài)仿真研究[J];大連海事大學(xué)學(xué)報;2009年04期

6 楊鹽生;船舶阻力系數(shù)和推力系數(shù)計算的數(shù)據(jù)庫方法[J];大連海事大學(xué)學(xué)報;1995年04期

7 楊鹽生;船舶靠離泊操縱數(shù)學(xué)模型的研究[J];大連海事大學(xué)學(xué)報;1996年04期

8 楊鹽生,方祥麟;船舶操縱性能仿真預(yù)報[J];大連海事大學(xué)學(xué)報;1997年01期

9 史國友,賈傳熒;船舶操縱模擬器中船舶碰岸檢測模型[J];大連海事大學(xué)學(xué)報;1998年02期

10 惠小鎖;張顯庫;;船舶4自由度響應(yīng)型數(shù)學(xué)模型的研究[J];大連海事大學(xué)學(xué)報;2013年02期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 劉吉宏;非線性控制理論在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D];華北電力大學(xué)（北京）;2010年

，

本文編號：684950