文档介绍：哈尔滨工程大学
硕士学位论文
神经网络在大型船舶航向控制中的应用研究
姓名:杨能凯
申请学位级别:硕士
专业:模式识别与智能系统
指导教师:刘胜
20070301
摘要船舶航向非线性系统数学模型,以控制航向为目的,设计了神经网络一船舶的航向运动与横摇运动是强烈耦合的,而这种相互耦合的运动根据试验数据往往被拟合为非线性函数的形式,同时船舶在海上运动又会受到海浪的干扰作用。可见船舶的运动本质上是耦合非线性、大干扰的过程。本文基于船舶的非线性运动模型进行航向控制系统的设计,研究了神经网络自适应控制及其在船舶航向控制系统的应用。结论表明,在控制航向的同时,达到较高的减摇效果。首先,基于牛顿定律建立了艏摇、横荡、横摇三个自由度的船舶运动方程,并分析了船体所受外力傲,包括船体水动力、舵上所受的流体动力及海浪的干扰。并对舵液压伺服驱动系统建模,采用动压阻尼反馈校正调节伺服系统的性能指标,达到一定的要求。给出了随机海浪横荡力、横摇力矩、艏摇力矩的仿真算法。然后,总结了神经网络控制的现状,分析了神经网络的稳定性问题。针对控制器,验证在三自由度模型的影响下,系统的控制效果。与此,为实现自动舵的航向/横摇控制,设计了神经网络自适应控制器。这个控制器包含了两个神经网络,一个神经网络用于非线性系统的辨识,另一个神经网络作为控制器。两个神经网络都采用改进的算法,在控制器设计完成的基础上,利用/中进行了仿真。最后给出了航向控制系统的仿真曲线,仿真结果表明所设计的控制器达到了预期的控制效果,验证了舵在航向保持的工况要求下,具有一定的减摇关键词:自动舵;神经网络;船舶航向控制;系统仿真哈尔滨工程大学硕士学位论文效果。
■■■■■;■;觥鰅觥觥觥觥觥瘛觥觥觥觥駄■■目鸓——一——■■■■■自;;●■..,.琣,瑆,篴;籹籹琽
熟纽纽哈尔滨工程大学学位论文原创性声明期:叫辏耮本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导下,由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献等的引用己在文中指出,并与参考文献相对应。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者┳:
第滦髀课题背景及研究意义本论文是结合科研项目迸行的。海洋面积占地表三分之二多,在军事上极具战备价值,世界上各滨海国家莫不竞相发展各类型舰艇,以达到拓展海权、防卫海疆之目的。它一方面关系到国家的安全,保卫海疆不受侵犯是一个国家主权、尊严的重要体现。而且海洋以其具有的巨大资源深深吸引着人类,为了发展海洋高新技术,开发海洋资源,促进国民经济建设、国防建设,必须要发展各类海洋运载器。海域经济是国家繁荣和发展的重要经济支柱之一。据专家预计,到本世纪末,海域经济在世界经济总产值中的比重。将由现在的ド仙プ笥摇6髦执霸诤Q蠛7兰昂S蚓弥衅鹱偶V要且不可替代的作用。船舶在海上航行,不可避免的要受到风、浪、流的干扰,产生艏摇和横摇运动。在船舶控制中,航向控制是最基本的,不论何种船舶,为了完成各种使命,必须进行航向控制,船舶的航向控制是通过操舵运动来完成的。此外,横摇运动对船舶航行安全、船员工作及武备使用有着严重的负面影响。为了对横摇加以控制,船舶设计师与工程设计师设计了各种各样的减摇装置。船舶航向自动控制系统亦称为自动舵,是船舶控制系统中不可缺少的重要设备,它的性能直接影响着船舶航行的经济性和安全性。因此,自从第一代自动舵诞生以来,它一直就被当作一个具有较高经济价值和社会效益的重要设备,引起了人们的关注,并吸引着世界各国一代又一代的工程技术人员围绕着进一步改善其性能这一课题而不断地进行研究和探索。自动舵的研究是伴随着自动控制理论和技术的发展而发展的。上世纪年代古典控制理论首先用于船舶航向控制,产生了远妫甏模型参考自适应控制和最小方差自校正控制等自适应控制技术又相继应用于自动舵的研制,发明了自适应自动舵。但是由于船舶运动的复杂性,受到的环境影响是随机的和难以预测的,因此,上述控制算法并没有能彻底解决船舶航向的控制问题。啥尔滨工程大学硕士学位论文
船舶航向控制概述近年来随着智能控制理论包括专家系统、模糊控制和神经网络等理论的飞速发展和在工业上的成功应用,国内外相关研究人员开始投入大量精力把上述理论应用于自动舵,具有人工智能的操舵仪无疑代表着未来船舶自动舵的发展趋势。本文就是在这样的背景下开展研究的。以往研究船的摇荡运动往往是以船舶的摇荡运动与操纵运动时可分离的假设为前提进行的,而实际上操舵对摇荡运动有很大的影响,特别是对横摇与艏摇。船速高、重心高度大、稳定性差的船绻鲎跋洹⒏咚