本書系統(tǒng)地總結了作者多年來從事智能控制與船舶自動化系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容。概述了國內(nèi)外智能控制與船舶自動化系統(tǒng)研究進展，分別論述了船舶自動舵智能控制、船舶減搖鰭智能控制、船舶動力定位系統(tǒng)智能控制、船舶運動與主推進裝置聯(lián)合智能控制、船舶智能導航系統(tǒng)、船舶智能避碰系統(tǒng)和欠驅(qū)動自主式水下航行器的運動智能控制等領域的主要研究成果。力求體現(xiàn)智能控制理論與技術在現(xiàn)代船舶工程系統(tǒng)中的成功應用。
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目錄
前言
第1章 智能控制與船舶自動化系統(tǒng)概述 1
1.1 智能控制概述 1
1.1.1 智能控制的基本概念 2
1.1.2 智能控制的研究對象 3
1.1.3 智能控制的結構理論 4
1.1.4 幾種典型的智能控制系統(tǒng) 6
1.1.5 智能控制與傳統(tǒng)控制的關系 17
1.1.6 智能控制的前景和展望 18
1.2 船舶自動化系統(tǒng)概述 19
1.2.1 船舶運動控制裝置 22
1.2.2 船舶操縱與主推進聯(lián)合智能控制 24
1.2.3 運輸船舶的自主智能控制與無人駕駛 25
1.2.4 自主式水下航行器的運動智能控制 27
1.3 典型船舶自動化系統(tǒng) 28
1.3.1 船舶自動舵控制系統(tǒng) 28
1.3.2 船舶柴油主機遙控系統(tǒng) 30
1.3.3 船舶減搖鰭控制系統(tǒng) 31
1.3.4 船舶動力定位系統(tǒng) 33
1.3.5 船舶電站自動化系統(tǒng) 34
參考文獻 36
第2章 船舶自動舵智能控制 38
2.1 概述 38
2.1.1 船舶自動舵系統(tǒng)簡介 38
2.1.2 船舶自動舵系統(tǒng)實例 41
2.2 水面船舶操縱運動數(shù)學模型 47
2.2.1 標準的三自由度船舶平面運動數(shù)學模型 47
2.2.2 簡化的三自由度船舶平面運動數(shù)學模型 48
2.3 “育鯤”輪船舶運動數(shù)學模型仿真算例 49
2.4 船舶自動舵智能控制算法 53
2.4.1 船舶航跡跟蹤Backstepping魯棒控制 53
2.4.2 船舶航跡保持分段魯棒自適應切換鎮(zhèn)定智能控制 63
2.4.3 基于全局動態(tài)非線性滑模的欠驅(qū)動水面船舶軌跡跟蹤控制 72
2.5 小結 81
參考文獻 82
第3章 船舶減搖鰭智能控制 84
3.1 船舶橫搖減搖技術綜述 84
3.1.1 舭龍骨 84
3.1.2 減搖水艙 85
3.1.3 減搖鰭 85
3.1.4 舵減搖 86
3.1.5 零低航速減搖鰭 86
3.1.6 聯(lián)合控制減搖技術 87
3.2 海浪數(shù)學模型 88
3.2.1 波幅模型與海浪頻譜 88
3.2.2 波傾角模型與波傾角頻譜 89
3.2.3 海浪數(shù)字仿真 91
3.3 船舶橫搖運動數(shù)學模型 94
3.3.1 船舶線性橫搖受力分析 94
3.3.2 線性橫搖運動數(shù)學模型 96
3.3.3 船舶非線性橫搖運動數(shù)學模型 98
3.3.4 船舶橫搖運動數(shù)字仿真 100
3.4 船舶橫搖運動預報 101
3.4.1 船舶橫搖運動時間序列小波分析 101
3.4.2 基于小波變換和神經(jīng)網(wǎng)絡組合模型的橫搖運動預測 104
3.5 船舶橫搖減搖控制方法 107
3.5.1 船舶橫搖減搖原理 107
3.5.2 船舶減搖鰭逆模式小波神經(jīng)網(wǎng)絡自適應控制 111
3.5.3 船舶橫搖減搖滑�？刂� 117
3.6 小結 126
參考文獻 126
第4章 船舶動力定位系統(tǒng)智能控制 128
4.1 船舶動力定位系統(tǒng)的基本概念 128
4.1.1 船舶動力定位系統(tǒng)的定義 128
4.1.2 船舶動力定位系統(tǒng)的組成 128
4.1.3 船舶動力定位系統(tǒng)的原理 129
4.2 船舶動力定位系統(tǒng)建模 130
4.2.1 船舶動力定位系統(tǒng)的運動模型 131
4.2.2 船舶動力定位系統(tǒng)的推力分配模型 135
4.2.3 船舶動力定位系統(tǒng)建模實例 137
4.3 船舶動力定位系統(tǒng)的控制 141
4.3.1 船舶動力定位系統(tǒng)控制方法分類 141
4.3.2 工業(yè)范式下的船舶動力定位控制 142
4.3.3 模型范式下的船舶動力定位控制 142
4.3.4 抗擾范式下的船舶動力定位控制 160
4.3.5 船舶動力定位控制的發(fā)展方向 172
4.4 小結 173
參考文獻 173
第5章 船舶運動與主推進裝置聯(lián)合智能控制 176
5.1 船舶運動與主推進裝置聯(lián)合控制機理 176
5.1.1 船舶運動控制的復雜性 176
5.1.2 船舶運動與主推進裝置控制存在強耦合性 177
5.1.3 船舶運動與主推進裝置聯(lián)合控制的方法與意義 178
5.2 線性變參數(shù)系統(tǒng)控制的數(shù)學基礎 179
5.2.1 賦范空間、Banach空間、內(nèi)積空間、Hilbert空間及零空間 179
5.2.2 信號范數(shù)和系統(tǒng)范數(shù) 180
5.2.3 凸集、凸包及凸體 180
5.2.4 Hermite矩陣和矩陣Kronecker乘積 181
5.2.5 線性矩陣不等式 182
5.2.6 基于LMI的H∞魯棒控制 184
5.3 線性變參數(shù)控制理論 191
5.3.1 線性變參數(shù)控制理論的基本方法 191
5.3.2 LPV多胞系統(tǒng) 193
5.3.3 切換LPV系統(tǒng)簡介 194
5.3.4 多胞變增益狀態(tài)反饋H∞控制 195
5.4 船舶航向LPV控制 196
5.4.1 船舶運動模型LPV表示 196
5.4.2 LPV多胞輸出反饋航向控制 199
5.4.3 基于切換LPV的船舶航向控制 203
5.5 基于極點配置的LPV狀態(tài)反饋船舶運動聯(lián)合智能控制 207
5.5.1 基于圓域極點配置的多胞變增益狀態(tài)反饋H∞控制器設計 208
5.5.2 船舶航向與柴油主機聯(lián)合智能控制 210
5.5.3 欠驅(qū)動船舶直線航跡與柴油主機LPV聯(lián)合智能控制 216
5.5.4 淺水域船舶航向與柴油主機LPV聯(lián)合智能控制 221
5.6 小結 225
參考文獻 227
第6章 船舶智能導航系統(tǒng) 230
6.1 船舶導航系統(tǒng)簡介 231
6.1.1 無線電導航系統(tǒng) 234
6.1.2 衛(wèi)星導航系統(tǒng) 235
6.1.3 組合導航系統(tǒng) 236
6.2 綜合船橋系統(tǒng)的配置和功能 239
6.2.1 綜合船橋系統(tǒng)的配置 239
6.2.2 綜合船橋系統(tǒng)的船舶導航功能 241
6.3 船舶綜合船橋系統(tǒng)網(wǎng)絡技術 241
6.3.1 概述 241
6.3.2 三層結構的一體化網(wǎng)絡體系 242
6.3.3 網(wǎng)絡通信協(xié)議 244
6.3.4 網(wǎng)絡冗余性設計 246
6.4 綜合船橋系統(tǒng)導航信息融合 247
6.4.1 基本原理和主要任務 247
6.4.2 濾波方法和算法 248
6.5 粒子濾波在多傳感器融合中的應用 260
6.5.1 集中式融合的標準粒子濾波 260
6.5.2 二階集中式粒子濾波 261
6.5.3 二階自適應權值粒子濾波的多傳感器信息算法 262
6.5.4 仿真結果與實驗分析 263
6.6 基于FNN的GPS/INS/LOG組合導航方法的應用 269
6.6.1 GPS/INS/LOG組合導航模型 269
6.6.2 GPS/INS/LOG組合導航系統(tǒng) 271
6.6.3 基于FNN的GPS/INS/LOG組合導航系統(tǒng) 272
6.6.4 實船實驗 276
6.7 小結 281
參考文獻 282
第7章 船舶智能避碰系統(tǒng) 284
7.1 概述 284
7.1.1 船舶避碰 285
7.1.2 船舶決策支持系統(tǒng) 285
7.2 船舶避碰方法研究 286
7.2.1 船舶避碰基本概念 286
7.2.2 船舶避碰研究現(xiàn)狀 288
7.2.3 船舶避碰研究分析 290
7.3 基于軟計算方法的船舶智能避碰 294
7.3.1 基于神經(jīng)網(wǎng)絡的船舶智能避碰 294
7.3.2 基于遺傳算法的船舶智能避碰 296
7.3.3 基于模糊邏輯的船舶智能避碰 301
7.4 船舶航跡規(guī)劃研究 312
7.4.1 船舶航跡數(shù)學模型的建立 312
7.4.2 航路規(guī)劃 317
7.4.3 算法運行速度的提高 319
7.4.4 計算結果 321
7.5 船舶操縱決策支持系統(tǒng) 325
7.5.1 船舶操縱決策支持系統(tǒng)概述 325
7.5.2 船舶操縱決策支持系統(tǒng)結構 326
7.5.3 航跡庫算法 327
7.5.4 模擬結果 328
7.6 小結 334
參考文獻 335
第8章 欠驅(qū)動自主式水下航行器的運動智能控制 337
8.1 概述 337
8.2 欠驅(qū)動AUV運動模型及其特性分析 340
8.2.1 欠驅(qū)動AUV運動學方程 340
8.2.2 欠驅(qū)動AUV動力學方程 344
8.2.3 欠驅(qū)動AUV運動系統(tǒng)特性分析 346
8.3 欠驅(qū)動AUV控制系統(tǒng)構成 351
8.4 欠驅(qū)動AUV基本運動智能控制 353
8.4.1 欠驅(qū)動AUV運動控制概述 353
8.4.2 欠驅(qū)動AUV的航速控制 358
8.4.3 欠驅(qū)動AUV的航向智能控制 362
8.4.4 欠驅(qū)動AUV的縱傾及深度控制 364
8.5 欠驅(qū)動AUV目標跟蹤智能控制 367
8.5.1 欠驅(qū)動AUV三維路徑跟蹤控制 367
8.5.2 欠驅(qū)動AUV軌跡跟蹤控制 373
8.6 小結 382
參考文獻 382
附錄 本書部分專業(yè)術語中英文對照表 384
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