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迭代滑模增量反馈及在船舶航向控制中的应用 被引量:24
1
作者 卜仁祥 刘正江 李铁山 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期268-272,共5页
针对一类不确定非线性受扰动系统,提出一种基于非线性迭代滑模变结构的增量反馈控制算法.通过对系统输出迭代设计非线性滑动模态,并利用增量反馈控制,无需对不确定项的估计,在系统输入增益符号已知的条件下可自动寻找使系统稳定的控制量... 针对一类不确定非线性受扰动系统,提出一种基于非线性迭代滑模变结构的增量反馈控制算法.通过对系统输出迭代设计非线性滑动模态,并利用增量反馈控制,无需对不确定项的估计,在系统输入增益符号已知的条件下可自动寻找使系统稳定的控制量,避免了变结构控制的抖振以及输出反馈控制的稳态误差与超调问题,强化了变结构控制的不变性特点.对不同船型及舵机模型的船舶航向控制进行了仿真,结果表明,系统阶跃响应超调得到有效抑制,定常干扰下的静态误差得到消除,且控制器对模型摄动及干扰变化不敏感、设计参数易于调节. 展开更多
关键词 不确定非线性系统 船舶航向控制 非线性迭代滑模 增量反馈 继电器控制律
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欠驱动船舶非线性滑模靠泊控制器 被引量:15
2
作者 卜仁祥 刘正江 胡江强 《交通运输工程学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期24-29,共6页
为了准确控制典型靠泊操纵,分析了带有加速度非完整约束的欠驱动水面船舶的自动靠泊问题,设计了动态输出反馈控制器。利用递归分解迭代设计方法,在扩展状态空间定义了非线性滑模,将控制系统的轨迹设计与跟踪问题转化为标量零阶系统的镇... 为了准确控制典型靠泊操纵,分析了带有加速度非完整约束的欠驱动水面船舶的自动靠泊问题,设计了动态输出反馈控制器。利用递归分解迭代设计方法,在扩展状态空间定义了非线性滑模,将控制系统的轨迹设计与跟踪问题转化为标量零阶系统的镇定控制问题,结合增量反馈技术,无需对不确定模型参数以及风、流干扰进行估计,完成典型靠泊操纵的自动控制。仿真结果表明:控制器对干扰变化不敏感,具有强的鲁棒性,且船舶平面运动轨迹设计过程简单,可以仅通过一个参数进行轨迹调节。 展开更多
关键词 船舶工程 自动靠泊 非线性滑模 增量反馈
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船舶航迹迭代非线性滑模增量反馈控制算法 被引量:12
3
作者 卜仁祥 刘正江 李铁山 《交通运输工程学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第4期75-79,共5页
分析了带有状态变量及控制输入约束条件的欠驱动船舶航迹控制问题,结合增量反馈技术,对控制系统输出进行动态非线性滑动模态分解迭代设计,提出了一种基于分解迭代非线性滑模的船舶航迹增量反馈控制方法,以避免定常干扰引起的稳态误差及... 分析了带有状态变量及控制输入约束条件的欠驱动船舶航迹控制问题,结合增量反馈技术,对控制系统输出进行动态非线性滑动模态分解迭代设计,提出了一种基于分解迭代非线性滑模的船舶航迹增量反馈控制方法,以避免定常干扰引起的稳态误差及变结构控制的抖振问题,无需对不确定风、流干扰以及模型参数进行估计,能够同时稳定船舶的航向和航迹。应用“育龙”轮的系统模型进行了仿真,结果表明,控制器对系统参数摄动及外界干扰不敏感,具有强的鲁棒性,且其设计参数物理意义明显,易于调节。 展开更多
关键词 船舶工程 航迹控制 非线性滑模 增量反馈
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扩展扇形搜寻模式
4
作者 贲锋 卜仁祥 《珠江水运》 2024年第5期42-44,共3页
考虑搜寻覆盖率与搜寻目标的漂移,提出一种适用单船或飞机搜寻的扩展扇形搜寻模式。扩展扇形模式能够根据搜寻宽度与搜寻线间距设计搜寻路径,提高了第一次搜寻面积和覆盖率。第二次搜寻可以根据漂移方向与速度调整参数从而灵活设计,同... 考虑搜寻覆盖率与搜寻目标的漂移,提出一种适用单船或飞机搜寻的扩展扇形搜寻模式。扩展扇形模式能够根据搜寻宽度与搜寻线间距设计搜寻路径,提高了第一次搜寻面积和覆盖率。第二次搜寻可以根据漂移方向与速度调整参数从而灵活设计,同时适用使用航迹推算方法对水搜寻与使用卫星定位方法的对地搜寻。最后,通过模拟器实验验证了搜寻模式的可行性。 展开更多
关键词 船舶 海上搜救 搜寻模式
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单级倒立摆迭代非线性滑模位移控制 被引量:1
5
作者 卜仁祥 刘正江 李铁山 《应用科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第3期295-299,共5页
针对倒立摆的位移控制,提出一种非线性滑模变结构控制方法.通过对系统输出的递归分解迭代设计,构成了扩展状态空间上的复杂非线性滑模,结合增量反馈控制,无需对系统不确定性的估计,可以稳定摆的倒立并将小车驱动到任意的距离.非线性滑... 针对倒立摆的位移控制,提出一种非线性滑模变结构控制方法.通过对系统输出的递归分解迭代设计,构成了扩展状态空间上的复杂非线性滑模,结合增量反馈控制,无需对系统不确定性的估计,可以稳定摆的倒立并将小车驱动到任意的距离.非线性滑模分解迭代方法结构简单、易于实现,设计过程的物理意义明显,利于参数整定保证控制系统稳定性以及分析输出特性.仿真结果表明,小车位移稳定时间、最大移动速度以及位移过程中摆角最大幅度均可通过设计参数调节,且控制器对倒立摆系统参数变化不敏感、具有强鲁棒性和良好的控制品质. 展开更多
关键词 单级倒立摆 位移控制 非线性滑模 变结构控制
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基于拟态物理学优化算法的船舶转向避碰决策 被引量:11
6
作者 于家根 刘正江 +2 位作者 卜仁祥 高孝日 李伟峰 《中国航海》 CSCD 北大核心 2016年第1期36-38,109,共4页
针对多船会遇态势下的船舶避碰决策难题,提出一种基于拟态物理学优化算法的船舶转向避碰决策方法。该算法将《国际海上避碰规则》相关条款作为约束条件限定问题的可行域空间,同时考虑基于最近会遇距离和航程损失的船舶避碰目标函数,通... 针对多船会遇态势下的船舶避碰决策难题,提出一种基于拟态物理学优化算法的船舶转向避碰决策方法。该算法将《国际海上避碰规则》相关条款作为约束条件限定问题的可行域空间,同时考虑基于最近会遇距离和航程损失的船舶避碰目标函数,通过迭代进化获取全局范围内的最优解。仿真结果表明:将拟态物理学优化算法应用于船舶转向避碰决策中是可行、有效的,能为船舶驾驶员提供决策支持。 展开更多
关键词 水路运输 拟态物理学优化算法 多船会遇 转向避碰决策
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基于社会情感优化算法的船舶转向避碰决策 被引量:7
7
作者 于家根 刘正江 +2 位作者 卜仁祥 李伟峰 高孝日 《中国航海》 CSCD 北大核心 2018年第3期81-86,共6页
针对多船会遇时转向避碰决策的难题,提出一种运用社会情感优化算法(Social Emotional Optimization Algorithm,SEOA)求取最佳转向避碰幅度的决策方法。基于国际海上避碰规则和良好船艺对转向行动的要求,分别对互见和不在互见两种情况,... 针对多船会遇时转向避碰决策的难题,提出一种运用社会情感优化算法(Social Emotional Optimization Algorithm,SEOA)求取最佳转向避碰幅度的决策方法。基于国际海上避碰规则和良好船艺对转向行动的要求,分别对互见和不在互见两种情况,建立船舶转向避碰行动矩阵,根据目标船的相对方位和船舶类型确定转向避碰的行动向量,限定问题的求解空间。将船舶碰撞危险度和航程损失作为目标函数,在个体情绪值控制下迭代进化,求取全局范围内的最优转向避碰幅度。仿真结果表明,将社会情感优化算法用于船舶转向避碰决策是可行且有效的,能为船舶驾驶人员的决策提供支持。 展开更多
关键词 水路运输 社会情感优化算法 多船会遇 转向 避碰决策
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基于增量反馈和滑模方法的船舶直线航迹控制 被引量:3
8
作者 刘勇 卜仁祥 +1 位作者 徐海军 朱业求 《中国航海》 CSCD 北大核心 2014年第1期48-52,共5页
针对非线性、易受扰动的欠驱动船舶航迹控制系统,提出一种非线性鲁棒控制算法。该算法运用滑模方法,并结合增量反馈控制,不用对不确定的风、流干扰进行定性估计就可保证闭环控制系统的渐近稳定。应用"育龙"轮的系统模型进行仿... 针对非线性、易受扰动的欠驱动船舶航迹控制系统,提出一种非线性鲁棒控制算法。该算法运用滑模方法,并结合增量反馈控制,不用对不确定的风、流干扰进行定性估计就可保证闭环控制系统的渐近稳定。应用"育龙"轮的系统模型进行仿真,结果表明,控制器能够有效解决航迹控制系统中的流致漂移问题,而且对风、流干扰以及系统摄动不敏感,具有强鲁棒性。 展开更多
关键词 水路运输 欠驱动船舶 直线航迹控制 滑模方法 增量反馈
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基于拟态物理学优化算法的船舶变速避碰决策 被引量:2
9
作者 于家根 刘正江 +2 位作者 卜仁祥 高孝日 李伟峰 《中国航海》 CSCD 北大核心 2019年第3期40-43,66,共5页
为能在狭窄水域多船会遇情况下快速给出安全有效的避碰决策,提出一种基于拟态物理学优化算法(Artificial Physics Optimization, APO)的船舶变速避碰决策方法。该方法利用APO算法的快速寻优能力,根据《国际海上避碰规则》对变速行动幅... 为能在狭窄水域多船会遇情况下快速给出安全有效的避碰决策,提出一种基于拟态物理学优化算法(Artificial Physics Optimization, APO)的船舶变速避碰决策方法。该方法利用APO算法的快速寻优能力,根据《国际海上避碰规则》对变速行动幅度的要求,限定算法中可行解的空间,考虑变速冲程和冲时对会遇的影响,提高最近会遇距离值的计算精度,建立基于碰撞危险度和变速能量损失的目标函数,迭代进化获得全局范围内最优的速度值,即船舶的决策速度。狭窄水域多船会遇案例的仿真结果表明:决策速度下船舶能够安全有效地避让各目标船舶,该决策方法可行且有效,能够为船舶驾驶人员提供避碰决策支持。 展开更多
关键词 多船会遇 拟态物理学优化算法 变速 冲程 避碰
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基于海船船员培训大纲的航海类人才培养对策 被引量:8
10
作者 于家根 高孝日 +2 位作者 于洋 卜仁祥 李伟峰 《航海教育研究》 2017年第4期5-9,共5页
概述海船船员培训大纲(2016版)实施的背景,分析其对航海类人才培养产生的重要影响,分别从培养模式、培训计划、培训课程三个方面提出航海类人才培养的应对措施。最后,以流程图的形式分析总结了培训大纲要求的培训程序。
关键词 海船船员培训大纲 航海类人才培养 培训程序 培养模式 培养计划 培训课程
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欠驱动船舶轨迹跟踪控制设计 被引量:5
11
作者 刘勇 卜仁祥 李强 《计算机仿真》 北大核心 2019年第5期6-10,共5页
针对常规水面船舶具有二阶非完整约束的特点,利用动态非线性滑模分解迭代设计结合增量反馈方法,解除了要求参考航向已知和角速度持续激励的限制条件,并且无需对不确定模型参数或风、流干扰进行估计;通过对跟踪偏差进行输入输出解耦,设... 针对常规水面船舶具有二阶非完整约束的特点,利用动态非线性滑模分解迭代设计结合增量反馈方法,解除了要求参考航向已知和角速度持续激励的限制条件,并且无需对不确定模型参数或风、流干扰进行估计;通过对跟踪偏差进行输入输出解耦,设计了输出反馈控制器,在仅有平面轨迹和船位已知条件下可完成欠驱动船舶的轨迹跟踪。应用"育龙"轮的非线性水动力模型进行了仿真,结果表明输出反馈控制器能够有效进行圆弧和正弦的曲线轨迹跟踪,并且对外界干扰不敏感,具有强鲁棒性。验证了设计的控制算法能有效解决模型参数不确定以及外界风流干扰未知的难点问题,具有很强的实践应用价值。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 轨迹跟踪控制 滑模控制
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基于扩展博弈理论的船舶自动避碰决策系统 被引量:4
12
作者 孔祥生 卜仁祥 刘勇 《计算机仿真》 北大核心 2019年第5期154-158,268,共6页
针对常规水面船舶自动避碰决策难以实现的问题,基于船舶《国际海上避碰规则》,将博弈理论引入到船舶动态避碰系统中,通过设计船舶避碰博弈扩展树,建立船舶动态避碰博弈模型。结合避碰规则的约束条件,利用相关软件建立船舶自动避碰决策系... 针对常规水面船舶自动避碰决策难以实现的问题,基于船舶《国际海上避碰规则》,将博弈理论引入到船舶动态避碰系统中,通过设计船舶避碰博弈扩展树,建立船舶动态避碰博弈模型。结合避碰规则的约束条件,利用相关软件建立船舶自动避碰决策系统,实现两船自动避碰的目标。对两船间三种会遇态势进行了计算机仿真,结果显示设计的自动避碰决策系统对于两船间的避让能够采取合理的避让措施,效果良好,为后续研究多物标避让奠定了基础。 展开更多
关键词 船舶自动避碰 动态博弈 避碰决策 扩展博弈理论
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基于欧拉迭代模型预测的欠驱动水面船舶路径跟踪控制 被引量:5
13
作者 李荣辉 陈志娟 +1 位作者 李宗宣 卜仁祥 《广东海洋大学学报》 CAS 2020年第1期104-110,共7页
【目的】解决具有外部受风流干扰和舵角输入受约束的欠驱动船舶路径跟踪问题。【方法】采用基于欧拉迭代的模型预测控制算法(MPC)对欠驱动船舶路径跟踪进行控制。【结果】MPC能够灵活地处理舵角输入受约束问题,欧拉迭代法离散和预测船... 【目的】解决具有外部受风流干扰和舵角输入受约束的欠驱动船舶路径跟踪问题。【方法】采用基于欧拉迭代的模型预测控制算法(MPC)对欠驱动船舶路径跟踪进行控制。【结果】MPC能够灵活地处理舵角输入受约束问题,欧拉迭代法离散和预测船舶未来状态可以简化MPC设计的运算。为弥补欧拉迭代法在精度上的不足,直接以分离型船舶模型(MMG)作为MPC的预测模型。应用径向基函数(RBF)神经网络历史信息训练实现对外界风流干扰的逼近及补偿。【结论】所设计的控制器可以使船舶在考虑风流干扰和舵角约束的情况下准确地跟踪上设定的路径,所提控制算法的有效性得到验证。 展开更多
关键词 船舶路径跟踪 模型预测控制 欧拉迭代法 船舶运动控制
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基于二阶滑模算法的船舶航向控制 被引量:6
14
作者 刘勇 卜仁祥 孙大铭 《长春理工大学学报(自然科学版)》 2017年第4期69-72,共4页
针对非线性、易受外界扰动的欠驱动船舶航向控制系统,基于滑模控制算法的理念,直接对二阶航向控制系统中的控制输入进行设计,提出一种二阶滑模控制算法,通过设计合理的李雅普诺夫函数及利用其稳定性理论对系统的稳定性进行了分析,并利用... 针对非线性、易受外界扰动的欠驱动船舶航向控制系统,基于滑模控制算法的理念,直接对二阶航向控制系统中的控制输入进行设计,提出一种二阶滑模控制算法,通过设计合理的李雅普诺夫函数及利用其稳定性理论对系统的稳定性进行了分析,并利用"育龙"轮运动数学模型进行计算机模拟仿真,验证了该控制算法的合理性及有效性。该算法避免了计算中的维数膨胀问题,无需对不确定的外界摄动进行定性估计,可以保证闭环控制系统的渐近收敛及稳定。仿真结果表明,根据该控制算法所设计的控制器,能够有效解决非线性航向控制系统中存在的抖振、超调以及不能在有限时间内快速收敛的问题,而且对外界干扰以及系统摄动不敏感、具有强鲁棒性,具有很好的实践应用价值。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 船舶航向控制 二阶滑模
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人为失误船舶碰撞智能防护模型设计 被引量:2
15
作者 于家根 刘正江 +2 位作者 卜仁祥 高孝日 李伟峰 《工业安全与环保》 2018年第9期25-28,共4页
为了避免人为失误时船舶发生碰撞事故,根据人的认知过程,分析人为失误船舶碰撞机理,设计人为失误船舶碰撞智能防护模型。借助船舶操纵模拟器平台进行实例仿真,结果表明,该智能防护模型能有效避免因人为失误而导致船舶碰撞事故的发生。
关键词 人为失误 船舶碰撞 智能防护
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自动评分系统在驾驶资源管理实训课程中的应用研究 被引量:1
16
作者 于家根 高孝日 +1 位作者 卜仁祥 李伟峰 《航海教育研究》 2015年第1期48-50,53,共4页
概述现有的驾驶台资源管理实训课程的评估模式,分析当前驾驶台资源管理培训及评估模式的不足,总结自动评分系统在实训教学中的优势,依托NTPRO5000模拟器平台实现了具体的案例应用,指出自动评分系统在驾驶台资源管理实训课程中具有较好... 概述现有的驾驶台资源管理实训课程的评估模式,分析当前驾驶台资源管理培训及评估模式的不足,总结自动评分系统在实训教学中的优势,依托NTPRO5000模拟器平台实现了具体的案例应用,指出自动评分系统在驾驶台资源管理实训课程中具有较好的应用前景。 展开更多
关键词 自动评分系统 驾驶台资源管理 实训模式 自动评估
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混沌-克隆进化算法
17
作者 胡江强 郭晨 卜仁祥 《石油化工高等学校学报》 EI CAS 2007年第3期97-100,共4页
将混沌优化机制和免疫克隆进化算法有机结合,用混沌浮点数编码代替克隆选择算法的二进制编码,利用混沌随机序列产生初始种群,保证初始种群的多样性。对高亲和度抗体采用混沌扰动策略,对抗体根据其亲和度大小加以不同的混沌扰动;混沌扰... 将混沌优化机制和免疫克隆进化算法有机结合,用混沌浮点数编码代替克隆选择算法的二进制编码,利用混沌随机序列产生初始种群,保证初始种群的多样性。对高亲和度抗体采用混沌扰动策略,对抗体根据其亲和度大小加以不同的混沌扰动;混沌扰动系数随进化代数而变化,进化前期加速搜索,进化后期加速收敛。对低亲和度抗体采用混沌再生策略,保持种群多样性。对5个复杂函数的优化试验结果表明,该算法优于混沌优化算法和克隆选择算法。 展开更多
关键词 混沌优化 克隆选择 进化算法 函数优化
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基于PCA和SAPSO的船舶风压差神经网络预测模型 被引量:4
18
作者 秦可 卜仁祥 +2 位作者 李铁山 刘勇 郑力铭 《上海海事大学学报》 北大核心 2020年第2期6-10,共5页
为提高船舶风压差的预测精度,使船舶能够更快稳定在计划航线上以保障航行安全,提出一种基于主成分分析(principal component analysis,PCA)法和自适应粒子群优化(self-adaptive particle swarm optimization,SAPSO)算法的船舶风压差神... 为提高船舶风压差的预测精度,使船舶能够更快稳定在计划航线上以保障航行安全,提出一种基于主成分分析(principal component analysis,PCA)法和自适应粒子群优化(self-adaptive particle swarm optimization,SAPSO)算法的船舶风压差神经网络预测模型。该方法采用PCA法对航行数据进行预处理,然后将数据输入由SAPSO算法优化的BP神经网络中,改变以往通过复杂的数学建模计算风压差的方法,提高预测的时效性和准确性。利用实船数据对模型进行船舶风压差的实时预测仿真,结果验证了该预测模型具有较高的可靠性。 展开更多
关键词 船舶 风压差预测 主成分分析(PCA) 自适应 粒子群优化
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具有横倾抑制功能的船舶PID微分补偿航向控制 被引量:3
19
作者 孙武臣 卜仁祥 刘勇 《上海海事大学学报》 北大核心 2020年第3期19-24,共6页
为改善船舶航向自动舵性能和减小船舶转向时的横倾幅度,提出一种基于模糊逻辑控制和滑模PID微分补偿的船舶航向保持控制策略。分析PID控制的积分超调问题和船舶转向时的横倾特点。对PID控制进行滑模变形,并引入微分项对PID控制的积分项... 为改善船舶航向自动舵性能和减小船舶转向时的横倾幅度,提出一种基于模糊逻辑控制和滑模PID微分补偿的船舶航向保持控制策略。分析PID控制的积分超调问题和船舶转向时的横倾特点。对PID控制进行滑模变形,并引入微分项对PID控制的积分项进行补偿以消除积分超调。以横倾角和横倾角速度为输入设计模糊控制规则,对滑模PID微分补偿控制器参数进行调节以减小转向时横倾角。以集装箱船“MV KOTA SEGAR”MMG模型为控制对象进行MATLAB仿真。仿真结果表明:该控制器能够减小船舶转向时的横倾幅度,最大横倾抑制率可达71%;解决了PID控制的积分超调问题,具有参数易调节等特点。 展开更多
关键词 航向保持控制 横倾抑制 PID微分补偿 模糊逻辑控制
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结合改进RBF与虚拟圆弧的船舶路径滑模控制 被引量:8
20
作者 李宗宣 卜仁祥 章沪淦 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期216-223,共8页
为解决欠驱动船舶路径跟踪中存在速度状态不易获取﹑外界环境干扰及内部模型不确定等问题,提出结合速度观测的径向基函数(RBF)神经网络滑模控制算法。并为改进RBF对未知项的逼近能力,引入反正切函数对RBF权值进行更新。为处理船舶速度... 为解决欠驱动船舶路径跟踪中存在速度状态不易获取﹑外界环境干扰及内部模型不确定等问题,提出结合速度观测的径向基函数(RBF)神经网络滑模控制算法。并为改进RBF对未知项的逼近能力,引入反正切函数对RBF权值进行更新。为处理船舶速度不可测问题,基于双曲正切函数建立了非线性观测器。此外,为避免船在转向点处容易产生超调的情况,提出在路径衔接处根据转向角大小而设计可变圆弧的虚拟路径,以提高路径跟踪性能。最终对比仿真表明,在不需获取速度值的情况下,控制器仍能使船在时变干扰下准确地跟踪上参考路径,并提高了路径跟踪性能和RBF逼近性能,验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 船舶路径跟踪 滑模控制 径向基函数神经网络 非线性观测器
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