本文關鍵詞：基于網絡控制的船舶航向保持控制研究

  更多相關文章： 航向保持 網絡控制系統(tǒng) 簡捷魯棒控制 時延 丟包

【摘要】：船舶航行安全一直是世界各國非常關注的問題。在海盜威脅較為嚴峻的形勢下,如何避免船舶被劫持和被劫持后的應急處理已經是當前航運界關注的一個熱點問題。海盜劫持船舶不僅影響海上運營,而且嚴重威脅船員人身安全。另外,隨著水面無人船(Unmanned Surface Vehicle, USV)研究的不斷深入,未來船舶將在船上沒有一個人員的情況下通過遠程操控穿越大洋運載貨物到達目的地。一旦船舶上沒有人員,意味著可以運載更多貨物,產生更大利潤,而且因人為失誤造成的意外將大大減少,同時,海盜面對無人船也將束手無策。隨著現代船岸一體化船舶監(jiān)控系統(tǒng)新功能的不斷升級,在逐漸提升運營效益的同時,也將更有效地保障航運生產安全。一旦船舶遭遇劫持等緊急情況,通過船岸一體化船舶監(jiān)控系統(tǒng),岸站中心可以實時接收船舶各項數據,根據船舶狀態(tài),實行遠程操控。船舶運動控制系統(tǒng)通過通信網絡進行數據交換,不可避免地面臨網絡控制系統(tǒng)(Networked Control System, NCS)固有的時延和數據包丟失等問題。本文為了研究船舶航向保持網絡控制,處理NCS中時延對系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能的不良影響,首先對Internet及海事衛(wèi)星通信網絡的時延和丟包性能進行了實際測試和分析,結合其特性提出了一種新的魯棒自適應神經網絡控制方案,補償不確定時延對一般嚴格反饋系統(tǒng)帶來的影響。這種新的方案主要利用Lyapunov-Krasovskii函數對不確定時延進行補償,使用Backstepping方法將每個步驟中的非線性項縱向傳遞到第n個子系統(tǒng),然后引入徑向基函數神經網絡(]Radial Basis Function Neural Networks, RBFNNs)進行補償鎮(zhèn)定,最后進行了仿真驗證。該方案具有形式簡捷、易于工程應用等優(yōu)點。為了同時處理NCS中時延和數據包丟失對系統(tǒng)造成的不良影響,引入輔助模型估計(Auxiliary Model Estimation, AME)方法,以特征模型作為輔助模型,用其輸出代替被控對象在丟包情況下的估計值,并將Pade近似技術與閉環(huán)增益成形算法(Closed-loop gain shaping algorithm, CGSA)相結合設計考慮時延的船舶航向保持簡捷魯棒控制器,最后進行了仿真驗證。該方法具有設計過程簡單、工程實現容易、模型構建簡潔、控制效果良好等優(yōu)點。為了更方便地開展本文所研究算法的模擬測試實驗,從仿真平臺的實用性和易用性出發(fā),利用Visual Basic(VB)用戶圖形界面設計簡單和面向對象等特點,設計并實現了基于海事衛(wèi)星通信的船舶航向保持控制仿真測試平臺,彌補了單一數字仿真的局限性。結合本文所提出的針對NCS中時延的處理方法,在對海事衛(wèi)星通信及Internet通信進行測試比較的基礎上,驗證了船舶航向保持運動通過海事衛(wèi)星通信進行遠程控制的可行性和平臺的實用性。本文從提高遠洋船舶遭遇劫持等緊急情況應急處理能力角度出發(fā),提出岸站中心通過衛(wèi)星通信網絡實現對船舶的遠程操控,解決船舶航向保持網絡控制研究中時延、數據包丟失對整個閉環(huán)系統(tǒng)帶來的不良影響,并設計和實現了基于海事衛(wèi)星通信的船舶遠程控制仿真測試平臺。通過本文的研究,船舶實現遠程控制具有較高的技術可行性。
【關鍵詞】：航向保持 網絡控制系統(tǒng) 簡捷魯棒控制 時延 丟包
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U664.82
【目錄】：

• 創(chuàng)新點摘要5-6
• 摘要6-8
• abstract8-13
• 第1章 緒論13-36
• 1.1 課題的研究背景及意義13-15
• 1.2 船舶自動舵的研究現狀15-25
• 1.2.1 船舶自動舵的國外研究現狀16-19
• 1.2.2 船舶自動舵的國內研究現狀19-23
• 1.2.3 船舶自動舵的發(fā)展趨勢23-25
• 1.3 網絡控制系統(tǒng)的研究現狀25-33
• 1.3.1 具有網絡誘導時延的網絡控制系統(tǒng)研究現狀28-30
• 1.3.2 具有數據包丟失的網絡控制系統(tǒng)研究現狀30-32
• 1.3.3 網絡控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢32-33
• 1.4 論文的主要工作與內容33-36
• 第2章 基礎知識36-53
• 2.1 簡捷魯棒控制理論36-41
• 2.1.1 比魯棒控制的混合靈敏度問題37-38
• 2.1.2 閉環(huán)增益成形算法38-41
• 2.2 船舶平面運動數學模型41-46
• 2.2.1 狀態(tài)空間型船舶平面運動數學模型43-44
• 2.2.2 航向保持系統(tǒng)非線性數學模型44-46
• 2.3 輔助模型辨識思想46-48
• 2.4 國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)48-52
• 2.5 本章小結52-53
• 第3章 具有時延的船舶航向保持網絡控制53-72
• 3.1 通信網絡性能實測53-58
• 3.1.1 Internet性能測試54-56
• 3.1.2 海事衛(wèi)星通信網絡性能測試56-58
• 3.2 問題描述58-59
• 3.3 考慮通信時延的船舶航向保持魯棒自適應控制59-67
• 3.3.1 控制器設計60-66
• 3.3.2 穩(wěn)定性分析66-67
• 3.4 仿真實例67-71
• 3.5 本章小結71-72
• 第4章 考慮時延和丟包的船舶航向保持網絡控制系統(tǒng)設計72-84
• 4.1 問題描述72-73
• 4.2 基于特征模型的船舶運動數學模型73-76
• 4.3 考慮時延和丟包的網絡控制系統(tǒng)設計與分析76-80
• 4.3.1 時延處理76-79
• 4.3.2 丟包處理79-80
• 4.4 仿真實例80-83
• 4.5 本章小結83-84
• 第5章 基于海事衛(wèi)星通信的船舶航向保持控制測試平臺84-100
• 5.1 引言84-85
• 5.2 基于海事衛(wèi)星通信的船舶遠程控制85-86
• 5.3 測試平臺設計與開發(fā)86-95
• 5.3.1 平臺功能結構87-89
• 5.3.2 平臺關鍵技術89-92
• 5.3.3 界面設計92-95
• 5.4 仿真實例95-99
• 5.4.1 基于Internet通信進行仿真測試95-97
• 5.4.2 基于海事衛(wèi)星通信進行仿真測試97
• 5.4.3 本文所提算法驗證仿真測試97-99
• 5.5 本章小結99-100
• 第6章 總結與展望100-102
• 6.1 全文總結100-101
• 6.2 研究展望101-102
• 參考文獻102-112
• 攻讀學位期間公開發(fā)表論文112-113
• 致謝113-114
• 作者簡介114

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 張俊;羅大庸;孫妙平;;一種基于時滯區(qū)間不均分方法的變時延網絡控制系統(tǒng)的新穩(wěn)定性條件[J];電子學報;2016年01期

2 王欣;劉正江;李鐵山;蔡W，

本文編號：911227