本文關鍵詞：基于ECDIS的船舶自動控制仿真研究

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【摘要】：隨著時代的發(fā)展,無人艇、無人飛機技術應運而生,因其在海洋監(jiān)測、營運、安全等方面具有廣泛的應用前景而成為國內外的研究熱點。其中船舶自動靠泊技術是控制過程中最為復雜也是最為重要的部分,其效用價值極高。近年來各學者提出了諸多的控制算法,如PID控制、神經網絡控制、多模態(tài)仿人智能控制、混合控制等。根據這些算法所設計的控制律,其穩(wěn)定性和控制效率大多是通過Matlab、 Simulink工具并以船舶響應模型或簡化的Nomoto模型為基礎進行仿真驗證的。結果表明,船舶模型從初始狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)所經歷的時間越短則控制律效果越好�；诖吮疚牟捎肕MG船舶運動模型與現有的控制律算法相結合的方法,進行船舶自動靠泊仿真研究。 文中應用欠驅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、航向以及轉向角速度,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,經過模型的計算獲得新的船舶位置、航向、轉向角速度,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學模型。 2.在應用Simulink對選用控制律進行調試驗證的基礎上,用C++編程實現。 3.根據實船Z型試驗數據,用野本參數確定法求得船舶操縱性指數K、T,再代入野本方程仿真Z型試驗,驗證K、T指數的有效性,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器接口進行連接,最終在電子海圖模擬器上實現船舶運動模型沿計劃航線自動靠泊的仿真。
【關鍵詞】：MMG模型 航跡保持控制 仿真 輸入輸出
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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 理論意義和應用價值11-12
• 1.3 國內外研究現狀及發(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 基礎知識16-32
• 2.1 非線性系統(tǒng)基礎知識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 李導數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 模型數據及基礎知識26-32
• 2.2.1 仿真環(huán)境參數26-28
• 2.2.2 MMG模型數據28-29
• 2.2.3 坐標變換29-32
• 第3章 多工況船舶操縱運動數學模型32-62
• 3.1 操縱運動方程式32-38
• 3.1.1 坐標系及各運動參量之間的關系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和伴流系數46-47
• 3.3.2 四象限螺旋槳推力系數和轉矩系數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指數的計算67-75
• 5.1.1 Z型實驗參數確定法67-71
• 5.1.2 根據船型資料回歸法71-72
• 5.1.3 Z型試驗結果對比72-75
• 5.2 航跡保持控制仿真75-78
• 5.3 航線設計78-81
• 5.3.1 計劃航線設計78-79
• 5.3.2 計劃航線坐標系變換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 仿真結果82-88
• 第6章 結論與展望88-89
• 參考文獻89-94
• 致謝94-95
• 作者簡介95

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

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

2 楊鹽生;淺水域航行船舶對操舵的響應[J];大連海運學院學報;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];大連海事大學學報;2006年02期

4 劉春生;洪碧光;滕英祥;李同山;;側推器協助船舶靠離泊操縱的數學模型[J];大連海事大學學報;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];大連海事大學學報;2009年04期

6 楊鹽生;船舶阻力系數和推力系數計算的數據庫方法[J];大連海事大學學報;1995年04期

7 楊鹽生;船舶靠離泊操縱數學模型的研究[J];大連海事大學學報;1996年04期

8 楊鹽生,方祥麟;船舶操縱性能仿真預報[J];大連海事大學學報;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];大連海事大學學報;1998年02期

10 惠小鎖;張顯庫;;船舶4自由度響應型數學模型的研究[J];大連海事大學學報;2013年02期

中國博士學位論文全文數據庫 前1條

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

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本文編號：684950