本文關(guān)鍵詞：基于網(wǎng)絡(luò)控制的船舶航向保持控制研究

  更多相關(guān)文章： 航向保持 網(wǎng)絡(luò)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(guān)注的問題。在海盜威脅較為嚴(yán)峻的形勢下,如何避免船舶被劫持和被劫持后的應(yīng)急處理已經(jīng)是當(dāng)前航運(yùn)界關(guān)注的一個熱點問題。海盜劫持船舶不僅影響海上運(yùn)營,而且嚴(yán)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(yuǎn)程操控穿越大洋運(yùn)載貨物到達(dá)目的地。一旦船舶上沒有人員,意味著可以運(yùn)載更多貨物,產(chǎn)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(xiàn)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(yùn)營效益的同時,也將更有效地保障航運(yùn)生產(chǎn)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(shù)據(jù),根據(jù)船舶狀態(tài),實行遠(yuǎn)程操控。船舶運(yùn)動控制系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,不可避免地面臨網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked Control System, NCS)固有的時延和數(shù)據(jù)包丟失等問題。本文為了研究船舶航向保持網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的時延和丟包性能進(jìn)行了實際測試和分析,結(jié)合其特性提出了一種新的魯棒自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案,補(bǔ)償不確定時延對一般嚴(yán)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(shù)對不確定時延進(jìn)行補(bǔ)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(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(]Radial Basis Function Neural Networks, RBFNNs)進(jìn)行補(bǔ)償鎮(zhèn)定,最后進(jìn)行了仿真驗證。該方案具有形式簡捷、易于工程應(yīng)用等優(yōu)點。為了同時處理NCS中時延和數(shù)據(jù)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(shù)與閉環(huán)增益成形算法(Closed-loop gain shaping algorithm, CGSA)相結(jié)合設(shè)計考慮時延的船舶航向保持簡捷魯棒控制器,最后進(jìn)行了仿真驗證。該方法具有設(shè)計過程簡單、工程實現(xiàn)容易、模型構(gòu)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(shè)計簡單和面向?qū)ο蟮忍攸c,設(shè)計并實現(xiàn)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(bǔ)了單一數(shù)字仿真的局限性。結(jié)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(jìn)行測試比較的基礎(chǔ)上,驗證了船舶航向保持運(yùn)動通過海事衛(wèi)星通信進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的可行性和平臺的實用性。本文從提高遠(yuǎn)洋船舶遭遇劫持等緊急情況應(yīng)急處理能力角度出發(fā),提出岸站中心通過衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對船舶的遠(yuǎn)程操控,解決船舶航向保持網(wǎng)絡(luò)控制研究中時延、數(shù)據(jù)包丟失對整個閉環(huán)系統(tǒng)帶來的不良影響,并設(shè)計和實現(xiàn)了基于海事衛(wèi)星通信的船舶遠(yuǎn)程控制仿真測試平臺。通過本文的研究,船舶實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制具有較高的技術(shù)可行性。
【關(guān)鍵詞】：航向保持 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 簡捷魯棒控制 時延 丟包
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)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(xiàn)狀15-25
• 1.2.1 船舶自動舵的國外研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.2 船舶自動舵的國內(nèi)研究現(xiàn)狀19-23
• 1.2.3 船舶自動舵的發(fā)展趨勢23-25
• 1.3 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀25-33
• 1.3.1 具有網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀28-30
• 1.3.2 具有數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀30-32
• 1.3.3 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢32-33
• 1.4 論文的主要工作與內(nèi)容33-36
• 第2章 基礎(chǔ)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(yùn)動數(shù)學(xué)模型41-46
• 2.2.1 狀態(tài)空間型船舶平面運(yùn)動數(shù)學(xué)模型43-44
• 2.2.2 航向保持系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)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(jié)52-53
• 第3章 具有時延的船舶航向保持網(wǎng)絡(luò)控制53-72
• 3.1 通信網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(yīng)控制59-67
• 3.3.1 控制器設(shè)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(jié)71-72
• 第4章 考慮時延和丟包的船舶航向保持網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計72-84
• 4.1 問題描述72-73
• 4.2 基于特征模型的船舶運(yùn)動數(shù)學(xué)模型73-76
• 4.3 考慮時延和丟包的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)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(jié)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(yuǎn)程控制85-86
• 5.3 測試平臺設(shè)計與開發(fā)86-95
• 5.3.1 平臺功能結(jié)構(gòu)87-89
• 5.3.2 平臺關(guān)鍵技術(shù)89-92
• 5.3.3 界面設(shè)計92-95
• 5.4 仿真實例95-99
• 5.4.1 基于Internet通信進(jìn)行仿真測試95-97
• 5.4.2 基于海事衛(wèi)星通信進(jìn)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(jié)99-100
• 第6章 總結(jié)與展望100-102
• 6.1 全文總結(jié)100-101
• 6.2 研究展望101-102
• 參考文獻(xiàn)102-112
• 攻讀學(xué)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(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的新穩(wěn)定性條件[J];電子學(xué)報;2016年01期

2 王欣;劉正江;李鐵山;蔡W，

本文編號：911227