本文關(guān)鍵詞：船舶航跡控制及氣象導(dǎo)航方法的研究

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【摘要】：船舶作為海洋運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ�，正在向大型化和高速化方向發(fā)展。隨著海上交通密度的不斷加大，船舶的航行安全越來越受到人們重視，對(duì)船舶控制的要求也在不斷地提高。自動(dòng)操舵儀是船舶運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中不可缺少的重要設(shè)備，相當(dāng)于船舶控制中舵手的角色。而航跡控制算法是航跡自動(dòng)舵的核心部分，為了提高船舶控制的性能，達(dá)到安全節(jié)能的目標(biāo)，研究航跡控制算法的意義十分重要。 作為設(shè)計(jì)船舶運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，本文建立了船舶運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。為分析船舶的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，給出了船舶運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系以及坐標(biāo)系之間的變化關(guān)系。為了更真實(shí)地仿真船舶的操縱性能，以及為設(shè)計(jì)和測(cè)試船舶運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)提供更真實(shí)的仿真環(huán)境。本文參考IEC62065標(biāo)準(zhǔn)，建立了船舶運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型以及海浪和海流干擾的數(shù)學(xué)模型。同時(shí)，本文采用非線性一階野本模型作為船舶控制器的設(shè)計(jì)模型。并對(duì)所建立的模型進(jìn)行操縱仿真試驗(yàn)，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。 航向控制是最基本的船舶運(yùn)動(dòng)控制方法，，是航向自動(dòng)舵的核心功能，也是船舶航跡控制系統(tǒng)的基本子單元。在船舶運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，穩(wěn)定性無疑是一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)。本文將一種新型的自適應(yīng)魯棒LQR算法與最小二乘參數(shù)辨識(shí)方法和反饋線性化方法相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種航向控制算法。該算法不僅具有良好的控制性能，而且保證了航向控制算法的魯棒性、適應(yīng)性和穩(wěn)定性。此外，該方法可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)航向的控制和對(duì)艏搖速率的控制，有效降低程序的復(fù)雜度空間。通過仿真試驗(yàn)，驗(yàn)證了本文提出的航向控制算法的性能具有抗干擾能力強(qiáng)，打舵幅度及打舵頻率小的優(yōu)點(diǎn)。 航跡控制可以控制船舶跟蹤計(jì)劃航線。制導(dǎo)算法是航跡控制算法的核心內(nèi)容。本文中航跡制導(dǎo)算法主要包括航行計(jì)算、直線制導(dǎo)和曲線制導(dǎo)算法。本文分別給出了在等航向航法和大圓航法中的航行計(jì)算方法。本文采用一種新型的曲線制導(dǎo)算法作為直線航跡制導(dǎo)方法。并提出了在直線制導(dǎo)時(shí)抑制海流干擾的方法。然后，本文基于控制李雅譜諾夫函數(shù)，設(shè)計(jì)曲線航跡制導(dǎo)方法。該方法保證了曲線航跡制導(dǎo)過程的穩(wěn)定性。本文也給出了船舶在跟蹤曲線航線過程中，抑制海流干擾的方法。通過仿真試驗(yàn)，驗(yàn)證本文中航跡控制方法的控制效果以及抑制海流干擾的能力。 基于氣象信息的航線規(guī)劃方法也稱氣象導(dǎo)航方法，是降低油耗、減少船舶運(yùn)營(yíng)成本的有效方法。氣象導(dǎo)航根據(jù)天氣、海況以及船舶特性，通過最優(yōu)化方法尋找一條最優(yōu)航線。群體智能仿生優(yōu)化算法是模擬自然界生物群體行為的一種智能算法，其中蟻群算法就是一種有效的仿生優(yōu)化算法。本文利用改進(jìn)蟻群算法作為優(yōu)化算法，提出了一種可以利用氣象預(yù)測(cè)信息有效節(jié)省油耗的導(dǎo)航方法。最后，本文通過仿真對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證了該方法的有效性和節(jié)省油耗的能力。
【關(guān)鍵詞】：船舶模型 魯棒自適應(yīng)最優(yōu)二次型 航向控制 航跡控制 氣象導(dǎo)航
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U666.1;TP18
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 研究背景和意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外進(jìn)展?fàn)顩r11-13
• 1.3 主要工作和研究?jī)?nèi)容13-15
• 第2章 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型15-27
• 2.1 坐標(biāo)系15-17
• 2.2 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換17-21
• 2.3 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型21-24
• 2.4 環(huán)境干擾數(shù)學(xué)模型24-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 船舶航向控制算法27-42
• 3.1 李雅譜諾夫穩(wěn)定性定理27-28
• 3.2 航向控制算法28-36
• 3.3 最小二乘參數(shù)辨識(shí)算法36-39
• 3.4 擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器39-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 船舶航跡控制算法42-53
• 4.1 航海計(jì)算算法42-47
• 4.2 直線航跡制導(dǎo)算法47-49
• 4.3 曲線航跡制導(dǎo)算法49-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第5章 基于氣象預(yù)報(bào)信息的航線規(guī)劃方法53-61
• 5.1 優(yōu)化問題的定義53-56
• 5.2 氣象預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取和處理56-57
• 5.3 航線規(guī)劃算法57-60
• 5.4 本章小結(jié)60-61
• 第6章 仿真結(jié)果和分析61-71
• 6.1 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的仿真結(jié)果和分析61-63
• 6.2 航向控制算法的仿真結(jié)果和分析63-64
• 6.3 航跡制導(dǎo)算法的仿真結(jié)果和分析64-69
• 6.4 氣象導(dǎo)航的仿真結(jié)果和分析69-70
• 6.5 本章小結(jié)70-71
• 第7章 結(jié)論71-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 作者簡(jiǎn)介及科研成果77-78
• 致謝78

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前8條

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本文編號(hào)：800114