船舶动力定位系统控制技术的发展与展望
船舶智能化技术的应用与发展趋势研究与探讨

船舶智能化技术的应用与发展趋势研究与探讨在当今科技飞速发展的时代,船舶智能化技术正逐渐成为航运领域的关键驱动力。
船舶智能化不仅能够提高船舶的运营效率和安全性,还能为海洋运输带来前所未有的变革。
本文将深入探讨船舶智能化技术的应用现状以及未来的发展趋势。
一、船舶智能化技术的应用1、智能导航系统智能导航系统是船舶智能化的核心组成部分。
通过融合全球定位系统(GPS)、北斗导航系统、电子海图显示与信息系统(ECDIS)等多种技术,船舶能够实现精确的航线规划和实时导航。
这些系统可以自动避开障碍物、优化航行路线,减少燃料消耗和航行时间。
例如,在恶劣天气条件下,智能导航系统能够根据风浪情况及时调整航线,确保船舶的安全航行。
2、智能动力系统船舶的动力系统也在朝着智能化方向发展。
智能动力系统可以实时监测主机、辅机的运行状态,提前预警潜在的故障,并根据船舶的负载和航行条件自动调整动力输出。
例如,采用智能控制技术的船舶发动机能够根据负载变化自动调整燃油喷射量和进气量,提高燃油利用率,降低排放。
3、智能监控与检测系统智能监控与检测系统能够对船舶的各个关键部位进行实时监测,包括船体结构、设备运行状态、货物状态等。
利用传感器技术和数据分析,这些系统可以及时发现潜在的问题,如船体裂缝、设备故障等,并提供相应的维修建议。
例如,通过在船体上安装应力传感器,可以实时监测船体的受力情况,提前发现结构疲劳问题。
4、智能通信系统高效的通信对于船舶的安全运营至关重要。
智能通信系统整合了卫星通信、短波通信、无线局域网等多种通信方式,实现了船舶与岸基、船舶之间的高速、稳定的数据传输。
船员可以通过智能通信系统及时获取气象信息、港口动态等,同时岸基管理人员也能够实时监控船舶的运行状态。
二、船舶智能化技术的发展趋势1、自主航行技术的突破自主航行是船舶智能化的重要发展方向。
未来,船舶有望实现更高程度的自主决策和控制,减少船员的操作负担,提高航行的安全性和效率。
船舶行业的船舶定位和导航系统

船舶行业的船舶定位和导航系统船舶定位和导航系统是船舶行业中至关重要的技术装置,它们通过准确的定位和高效的导航功能,为船舶提供安全、稳定的航行环境。
本文将从船舶定位和导航系统的基本原理、技术应用和未来发展趋势等方面进行探讨。
一、船舶定位和导航系统的基本原理船舶定位和导航系统通常由GPS(Global Positioning System)卫星定位系统、GNSS(Global Navigation Satellite System)全球导航卫星系统、惯性导航仪等组成。
其中,GPS卫星定位系统是最为常见和普遍应用的定位系统之一。
它利用卫星发射的信号与船舶上的接收器进行通信,通过计算信号的传播时间差以及卫星的位置信息,确定船舶的准确位置。
二、船舶定位和导航系统的技术应用1. 航行安全:船舶定位和导航系统能够通过精准的定位信息,帮助船舶船员了解当前的船位、船速、航向等参数,从而及时避免遭遇浅滩、礁石等障碍物,确保船舶正常航行并降低事故风险。
2. 船队管理:船舶定位和导航系统不仅可以实时获取单艘船舶的位置信息,还可以将船队中的船舶位置信息进行整合和管理,从而帮助船队管理者掌握整个船队的运行情况,合理调度船舶,提高船队的运行效率。
3. 航线规划:船舶定位和导航系统能够根据预设的航线,提供最佳的航行路径选择。
系统通过综合考虑船舶的当前位置、目的地、环境因素等,并结合导航图纸,为船舶提供航线规划,实现最短航程、最安全的航行路径。
4. 环境监测:船舶定位和导航系统还可以配合其他设备,对海洋环境进行实时监测和分析。
例如,利用系统中的气象传感器、海洋生物传感器等,可以获取并分析当前海洋气象、潮汐、水文等信息,提前预知海洋环境变化,为船舶航行提供准确的环境保障。
三、船舶定位和导航系统的发展趋势随着科技的不断进步和船舶行业的发展需求,船舶定位和导航系统正朝着以下方面发展:1. 卫星定位精度提升:通过增加卫星数量、提高接收器灵敏度等手段,提高卫星定位系统的定位精度,增加船舶位置信息的准确性,提高航行安全性。
动力定位系统发展状况及研究方法

四、结论与建议
3、加强人才培养和队伍建设。通过加强人才培养和引进高素质人才,建立专 业化的研发和运维团队,为动力定位系统的可持续发展提供有力保障。
四、结论与建议
4、拓展应用领域和市场。积极探索动力定位系统在其他领域的应用,如水上 运动、环保工程等,拓展新的市场和应用领域。
参考内容
内容摘要
随着全球定位系统(GPS)的不断发展,船舶动力定位系统(Dynamic Positioning System,DPS)已经成为海洋工程领域中不可或缺的一部分。然而, 船舶在复杂海况下易受风、浪、流等多种因素影响,使船舶位置和姿态难以保持。 为了解决这个问题,多传感器信息融合技术被引入到船舶动力定位系统中,以提 高船舶定位和姿态控制的精度。
2、基于神经网络的信息融合方 法
2、基于神经网络的信息融合方法
神经网络是一种模拟人脑神经元结构的计算模型,具有强大的非线性映射能 力和自学习能力。在船舶动力定位系统中,神经网络可以用于实现对船舶位置、 姿态等参数的估计和预测。常用的神经网络包括多层感知器(MLP)、递归神经 网络(RNN)和卷积神经网络(CNN)等。
二、动力定位系统的发展过程
1、初期发展
1、初期发展
动力定位系统的初期发展始于20世纪60年代,当时该技术主要应用于海洋石 油钻井平台。随着技术的不断发展,动力定位系统的应用范围也逐渐扩大,包括 海洋工程、海洋科学、水下考古等多个领域。
2、技术更新换代
2、技术更新换代
随着技术的不断进步,动力定位系统的性能得到了大幅提升。从最初的机械 式稳定平台到现在的计算机控制的动力定位系统,其技术更新换代迅速。近年来, 随着人工智能、物联网等技术的不断发展,动力定位系统的智能化、自动化程度 也越来越高。
浅谈船舶动力系统现状及发展趋势

浅谈船舶动力系统现状及发展趋势近年来,随着全球航运业快速发展,船舶的动力系统也迅速发展和升级。
船舶动力系统涉及到电力、燃料、机械结构等多个领域,其稳定性、高效性和可靠性直接影响到船舶的安全、经济性和环境保护。
在这篇文章中,我们将了解船舶动力系统的现状和发展趋势。
一、现状1. 传统柴油机动力系统目前,大多数商业船只都采用柴油机作为主要动力源。
这是由于柴油机具有可靠性高、低维护成本、燃油价格低等优点。
但是,这种传统的柴油机动力系统在污染排放方面存在很大问题。
船舶柴油机排放的氮氧化物和颗粒物等污染物对于海洋生态环境造成了巨大的危害。
2. 新型天然气动力系统为了降低船舶对环境的影响,新型天然气动力系统被广泛采用。
天然气作为一种清洁能源,其燃烧过程所产生的污染物比燃油要少得多。
而LNG(液化天然气)和CNG(压缩天然气)作为天然气的储存方式,可以取代传统的燃油储存方式。
目前,一些航运公司已经购买了新型的LNG船舶,以取代传统柴油动力源。
3. 混合动力系统混合动力系统是指利用多种动力源,如柴油机、电池和太阳能等,来驱动船舶。
不同的动力源可以在驱动船舶过程中相互补充和转换,以达到提高船舶效率和降低排放的效果。
例如,电池可以储存利用太阳能产生的电力,并在柴油机停止工作时提供动力。
二、发展趋势1. 更多采用LNG燃料系统由于天然气船舶对环境的影响较小,因此越来越多的船舶正在转向LNG动力系统。
预计未来10年中,LNG燃料系统将会逐渐普及,并在商船中占据主导地位。
2. 自动化技术的应用自动化技术在船舶动力系统中的应用越来越广泛。
随着技术的不断升级,船舶的自动化程度将会不断提高。
例如,通过高科技设备的监测和控制,可以更加精准和高效地控制船舶的动力系统。
3. 发展绿色能源相比传统的动力系统,绿色能源更加环保,未来的发展中将会越来越普及。
例如,太阳能面板已经被广泛使用,很多商船都已经开始尝试使用太阳能作为船舶的辅助动力源。
船舶智能化技术的现状与未来研究

船舶智能化技术的现状与未来研究在当今科技飞速发展的时代,船舶智能化技术正以前所未有的速度改变着航运业的面貌。
从船舶的设计、建造到运营和维护,智能化技术的应用无处不在,为提高航运效率、保障航行安全、降低运营成本带来了巨大的机遇。
船舶智能化技术的现状可以说是成果丰硕。
首先,在船舶自动化方面,各种先进的控制系统已经广泛应用。
例如,船舶的自动驾驶系统能够根据预设的航线和环境条件自动调整航向和速度,大大减轻了船员的工作负担,提高了航行的准确性和稳定性。
此外,动力系统的自动化控制能够实时监测和优化发动机的运行状态,提高燃油效率,减少排放。
在船舶通信领域,卫星通信技术的不断升级使得船舶与陆地之间能够实现高速、稳定的数据传输。
这不仅方便了船员与家人的联系,更重要的是能够及时传输船舶的运行数据、货物信息和气象状况等重要信息,为航运公司的决策提供实时支持。
智能监测和诊断系统也是当前船舶智能化的重要组成部分。
通过在船舶的关键部位安装传感器,实时收集设备的运行参数,利用数据分析技术对这些数据进行处理和分析,能够提前发现潜在的故障和问题,并及时进行预警和维修,避免了因设备故障导致的航行延误和安全事故。
在船舶的设计和建造阶段,数字化技术的应用使得设计更加精确,建造过程更加高效。
计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)技术能够模拟船舶在不同工况下的性能,优化船舶的结构和布局,提高船舶的性能和经济性。
然而,船舶智能化技术在发展过程中也面临着一些挑战。
首先是技术的复杂性和高成本。
引入先进的智能化系统需要大量的资金投入,包括硬件设备的购置、软件的开发和维护以及人员的培训等。
对于一些小型航运企业来说,这可能是一个难以承受的负担。
其次,数据安全和隐私问题也是不容忽视的。
船舶在运行过程中产生的大量数据包含了船舶的位置、货物信息和运营情况等敏感内容,如果这些数据遭到泄露或被恶意利用,将给航运企业带来巨大的损失。
再者,智能化技术的可靠性和稳定性也是一个关键问题。
船舶动力系统现状及发展探讨

船舶动力系统现状及发展探讨摘要:船舶动力系统作为船舶的核心系统,对船舶的良好运行起着至关重要的作用。
在现代船舶工业中,对船舶动力系统的研究一直处于不断的发展中,对船舶动力系统的研究也是各国各轮船厂商关注的焦点。
本文对船舶动力系统的发展现状进行了简单的分析,并对其发展趋势进行的展望,通过对现有动力系统的改进以及对新能源系统的应用进行论述,希望能够对船舶动力系统的发展提供一点帮助。
关键词:船舶;动力系统;发展趋势前言船舶动力系统是整个船舶的核心,也是船舶造价最为昂贵的一部分,船舶动力系统的性能对船舶整体的性能影响十分巨大,因此,船舶动力系统的发展是全球造船业关注的焦点问题,对核心技术的掌握是全国造船国家竞争的关键。
船舶动力系统是船的动力源泉,充当着人体心脏的功能,船舶动力系统对保障船舶的安全运行具有重要的作用。
一、船舶动力系统概述船舶动力系统主要由船舶主机、传动系统以及推进器组成,船舶动力系统的造价占船舶设备的35%,占全船总造价的25%。
动力系统是保证船舶正常运行、作业以及停泊等所必须的船舶机械设备,船舶动力系统的性能关系到船舶运行安全,船舶系统的动力选择决定着船舶运行的费用,船舶动力系统的重要性对船舶不言而喻。
面对全球资源能源的紧张与缺乏,降低能源消耗成为全球的共识,在船舶动力系统研究制造领域,提高船舶动力系统的运行效率、降低资源能源消耗、提高船舶的载重能力和续航能力对资源能源节约与高效利用有着重要的帮助作用;面对全球变暖等极端气候的频繁出现,降低二氧化碳排放,保护生态环境成为全球的共识,国际海事组织以及各国政府对船舶运行产生的环境污染高度重视,加强船舶动力系统的优化,降低船舶运行尾气的排放成为船舶动力系统性能优化的重要考虑的问题。
二、船舶动力系统的现状柴油机动力系统。
柴油机作为船舶动力系统是使用最为广泛的,这是由于柴油机作为动力系统具有启动速度快、负荷运转性能强的优势,同时柴油机动力系统安全、可靠、效率高,广泛被应用于船舶主机和船舶电站。
智能船舶的现状与发展

智能船舶的现状与发展智能船舶是指通过应用先进的信息技术和自动化控制技术,实现船舶自主、智能化操作和管理的船舶。
随着科技的不断进步和航运行业的发展,智能船舶正逐渐成为航运行业的新趋势。
本文将详细介绍智能船舶的现状和发展趋势。
一、智能船舶的现状1. 自主导航技术的应用自主导航技术是智能船舶的核心技术之一。
通过利用全球定位系统(GPS)、惯性导航系统(INS)和激光雷达等传感器,智能船舶可以实现自主导航和避碰功能。
目前,已经有一些船舶采用了自主导航技术,并在实际航行中取得了良好的效果。
2. 智能化的船舶管理系统智能船舶还包括智能化的船舶管理系统。
这些系统可以实时监测船舶的状态、位置和运行情况,并通过数据分析和预测算法提供船舶运行的优化方案。
智能化的船舶管理系统可以提高船舶的运行效率和安全性。
3. 船舶能源管理的创新智能船舶还注重船舶能源的管理和利用。
通过应用先进的能源管理系统,智能船舶可以实现能源的高效利用和节约。
例如,船舶可以利用太阳能板和风能发机电来提供船舶的电力需求,减少对传统燃油的依赖。
二、智能船舶的发展趋势1. 自主导航技术的进一步发展未来,自主导航技术将会进一步发展。
随着人工智能和机器学习技术的不断进步,智能船舶将能够更加准确地感知周围环境,并做出更加智能的决策。
同时,智能船舶还将通过与其他船舶和岸基系统的通信,实现更加高效的航行和避碰。
2. 船舶自动化技术的应用船舶自动化技术是智能船舶发展的另一个重要方向。
通过应用自动化技术,智能船舶可以实现船舶的自动驾驶、自动装卸货物等功能。
这将大大提高船舶的运行效率和安全性。
3. 船舶智能化管理系统的完善未来,船舶智能化管理系统将会更加完善。
船舶管理系统将会进一步整合船舶的各个子系统,实现更加全面和高效的船舶管理。
同时,船舶管理系统还将通过与其他船舶和港口系统的互联互通,实现更加智能的船舶调度和货物追踪。
4. 绿色航运的推广智能船舶还将推动绿色航运的发展。
船舶技术革新探索船舶行业的最新技术进展和创新应用

船舶技术革新探索船舶行业的最新技术进展和创新应用船舶技术革新:探索船舶行业的最新技术进展和创新应用船舶一直以来都扮演着国际贸易、能源运输和旅游业等关键角色。
随着科技的飞速发展和航运需求的不断增长,船舶行业也面临着前所未有的技术挑战和创新机遇。
本文将探索最新的船舶技术进展和创新应用,带您了解航海界的未来愿景。
1. 智能化导航系统提到船舶技术革新,智能化导航系统始终占据重要地位。
现代船舶已经不再依赖传统的罗盘和海图,而是采用全球定位系统(GPS)、惯性导航系统和雷达等设备来确保航行的安全和准确性。
新一代智能化导航系统不仅能够实时监测船舶位置和航向,还可以根据海洋气象和水文条件进行智能路线规划,以提高航行效率和安全性。
2. 船舶动力系统改进船舶的动力系统也是技术革新的关键领域之一。
如今,越来越多的船舶开始采用涡轮增压柴油发动机、气体涡轮发动机等高效低排放动力系统,以减少对环境的影响并降低运营成本。
此外,新型的混合动力系统和LNG(液化天然气)动力系统也被广泛应用于船舶,为行业带来了更持久和环保的解决方案。
3. 船舶建造材料创新船舶建造材料的创新对于提高船舶的性能和降低运营成本非常重要。
如今,船舶行业积极追求轻量化材料和高强度结构设计,以提高船舶的载重能力和航行速度。
新型的复合材料、高强度钢材和铝合金等被广泛应用于船舶建造中,为行业带来了更高效和可持续的解决方案。
4. 船舶自动化技术在船舶技术的革新中,船舶自动化技术的应用程度也越来越高。
现代船舶通过船舶自动化系统实现自动导航、自动泊离和自动排放控制等功能,减轻了船员的工作负担,提高了船舶操作的精确性和安全性。
同时,船舶自动化技术还可以实现远程监控和维护,降低了维修成本,提高了船舶的可靠性和可用性。
5. 绿色能源应用环境保护已经成为全球共识,船舶行业也在积极寻求绿色能源解决方案。
太阳能、风能和海洋能等可再生能源被广泛应用于船舶上,用以降低排放和减少化石燃料的使用。
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科技创新随着人类向深海进军,动力定位系统(dynamic position-ing,DP)越来越广泛地应用于海上作业船舶(海洋考察船、半潜船等)、海上平台(海洋钻井平台等)、水下潜器(ROV)和军用舰船(布雷舰、潜艇母船等)。
它一般由位置测量系统,控制系统,推力系统三部分构成。
位置测量系统(传感器)测量当前船位,控制器根据测量船位与期望值的偏差,计算出抗拒环境干扰力(风、流、浪)使船舶恢复到期望位置所需的推力,推力系统进行能量管理并对各推力器的推力进行分配,推力器产生的推力使船舶(平台)在风流浪的干扰下保持设定的航向和船位。
动力定位系统的核心是控制技术,它标志着动力定位系统的发展水平。
动力定位控制技术的发展计算机技术,传感器和推进技术的发展,无疑给动力定位系统带来了巨大的进步,但是真正代表动力定位技术发展水平的还是控制技术的发展。
至今动力定位控制技术已经经历三代,其特点分别是经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论在动力定位控制技术中的应用。
对应的是第一,二,三代动力定位产品。
进入九十年代以后,智能控制方法在动力定位系统获得广泛应用,逐步形成了第三代动力定位系统。
Katebi等在1997年,Donha和Tannuri2001年研究了基于鲁棒控制的控制器,1998年,Thor I.Fossen做了全比例实验,采用李亚普洛夫设计被动非线性观测器。
非线性随机过程控制方法的应用以及欠驱动控制逐渐成为研究的热点。
神经网络,模糊控制,遗传算法等等理论给动力定位系统控制器的研究开辟了一片新的天地。
国内外常用的动力定位控制技术1.PID控制早期的控制器代表类型,以经典的PID控制为基础,分别对船舶的三个自由度:横荡,纵荡,艏摇进行控制。
风力采用风前馈技术。
根据位置和艏向偏差计算推力大小,然后确定推力分配逻辑产生推力,实现船舶定位。
这种方法在早期曾取得成功。
但是它有不可避免的缺陷:一是除了风前馈以外,位置和艏向控制都不是以模型为基础的,属于事后控制,控制的精度和响应的速度都有局限性;二是若在PID控制器的基础上,采用低通滤波技术,可以滤除高频信号,但它却使定位误差信号产生相位滞后。
这种相位滞后限制了可以用于控制器的相角裕量,因此滤波效果越好,则对控制器带宽和定位精度的限制就愈大;三是PID参数难以选择,一旦海况和船体有变化,PID参数将不得不重新选择。
2.LQG控制Kalman滤波和最优控制相结合形成了线性二次高斯型LQG控制(Linear Quadratic Guass),基于LQG控制的第二代动力定位系统应用非常广泛。
现代较多商用船舶的DP系统都是采用的这种控制方式。
Kalman滤波器或扩展Kalman滤波器接收测量的船舶运动综合位置信息,实现以下功能:1)滤除测量噪声和船舶高频运动信号;2)给出船舶低频运动的状态估计值,该估计值反馈提供给LQG最优控制器;3)状态递推,实时修正低频估计值,在传感器故障无数据时,系统也能正常运行一段时间。
由于采用Kalman滤波或扩展Kalman滤波,取样和修正能在同一个周期内完成,因而解决了控制中存在的由于滤波而导致的相位滞后问题。
LQG控制在节能、安全、鲁棒性能上都有比较大的进步。
控制精度和响应速度满足了大部分需求。
但它也有如下缺点:一是模型不够精确。
动力定位系统设计时,是在假设一系列固定的艏摇角度(一般线性化为36个艏摇角,从0°到360°,间隔为10°)或者假设艏摇很小(采用小角度理论)的基础上对运动方程进行线性化而获得的模型。
而实际的船舶定位过程是一个复杂的高度非线性的过程。
上述假设条件势必带来误差;二是计算工作量比较大。
船舶动力定位系统控制技术的发展与展望余培文陈辉刘芙蓉摘要:船舶动力定位是深海开发的关键技术之一,随着海上油气生产向深海的发展,动力定位系统会更受重视,对控制技术也会提出更高的要求。
本文简要介绍了动力定位控制技术的发展过程以及一些代表性的控制技术在动力定位中的应用,包括PID控制,最优控制,模型参考自适应控制,反步法,模糊控制,神经网络等,最后对动力定位控制技术的发展热点做了展望。
关键词:动力定位控制技术展望44CWT中国水运2009·2栏目编辑:黄迪3.模型参考自适应控制(DMRAC控制)为了进一步提高控制精度,改善控制系统的鲁棒性能。
充分考虑动力定位的复杂非线性以及环境的不定性,许多学者采用自适应控制对动力定位系统进行了研究。
比较有代表性的模型参考自适应控制(Direct Model Reference Adaptive Control,DMRAC控制),自适应律的设计存在两种不同的方法。
一种为局部参数最优方法,一种是基于稳定性理论的方法。
由于前者不能保证所设计系统的全局稳定性。
甚至对简单的受控对象在某些输入信号的作用下,控制系统也可能丧失稳定性。
后者的基本思想是保证控制器参数自适应过程是稳定的。
动力定位控制器设计一般采用的是后者。
控制系统包括两个环路:内环和外环。
内环是控制器和被控对象组成的反馈回路,外环负责调整控制器的参数。
调整过程为:当参考输入同时加到系统和参考模型入口时,系统的输出和参考模型输出之间存在偏差,由偏差驱动自适应机构,产生适当的调节作用,改变控制器的参数,使系统输出逐渐逼近参考模型输出,当偏差趋近于0的时候,参数调整自动停止了。
如果对象特性发生变化,调整过程就又重新开始。
模型参考自适应系统的主要特点是实现容易、自适应速度快,缺点是控制系统没有记忆能力,对于强烈非线性或变化非常快的情况下很难维持期望的控制性能。
4.反步法(Backstepping)反步法实际上是一种由前往后递推的设计方法,它的基本思想是将复杂的非线性系统分解成不超过系统阶数的子系统,然后为每个子系统设计部分李亚普诺夫函数(简称V 函数)和中间虚拟控制量,一直“后退”到整个系统,将它们集成起来完成整个控制律的设计。
它在每一步把状态坐标的变化、不确定参数的自适应调节函数和一个已知的李雅普诺夫函数的虚拟控制系统的镇定函数等联系起来,通过逐步修正设定轨迹与实际轨迹之间的偏差,实现系统的全局调节或跟踪。
使系统达到期望的性能指标。
反步法中引进的虚拟控制本质上是一种静态补偿的思想,前面的子系统必须通过后面子系统的虚拟控制才能达到镇定控制的目的。
在反步法设计中,最关键的是构造合理的虚拟控制器,消除不确定性的影响。
挪威理工大学在20世纪90年代做过动力定位方面的实验,Thor.I.Fossen运用非线性观测器和输出反馈控制理论设计控制器,利用反步法从状态估计得到非线性反馈,在设计输出反馈时,用过滤后的输出值代替测量的输出值,控制器的输入就由过滤后的速度和位置估计值产生,控制效果会得到进一步的提高。
同时,文中还证明了其具有李雅普诺夫大范围渐进稳定性。
反步法对于高阶非线性控制有突出的优点,但是设计构造v函数,还缺乏系统的方法。
5.模糊控制(Fuzzy Logic Control)模糊控制的推理方式在一定程度上模仿了人的智能,是一种处理不确定性、非线性和其它不适定问题的有力工具。
鉴于船舶动力定位的特点,利用模糊控制技术也变得非常适合。
Inoue最初在单点系泊中结合了模糊控制动力定位,给出了基本的模型,用位置及位置偏差作为控制器的输入量,推进器的力作为输出量。
然而,由于控制策略是预先确定的,当环境条件发生变化时,控制效果将变差。
因此在模糊控制中加入自我调节功能,在系统的运动过程中根据外干扰条件自动对控制策略进行调整。
上海交通大学的李和贵等在文献中采用模糊控制对动力定位进行了仿真研究。
方法是:由测量设备测量出位置坐标,经过A/D转换为数字信号输入计算机,经处理得到地球坐标系的坐标,选定采样周期就可以计算船舶的瞬时速度值,将位置和速度的偏差模糊化,做为输入量,经过模糊推理得到模糊输出量,清晰化然后D/A转换得到输出模拟量,驱动螺旋桨。
模糊控制有不依赖于对象的精确数学模型,抗干扰能力强,响应速度快,鲁棒性好的特点。
但是一般说来模糊控制缺乏自学习和自适应的能力。
6.神经网络(Neural Network Control)神经网络是生物神经网络的一种模拟和近似,和模糊控制一样,是智能控制的一个重要分支,比较适合不确定性和高度非线性的对象。
所以也适合用来设计动力定位控制。
Pao和Yip在证明可用船的轨迹来导出漂移力的基础上提出一种超前一步神经网络控制器,并把它应用到动力定位中,具体做法如下:将一段时间历程的控制力及船的平均位置作为输入,通过一个循环神经网络学习船的漂移动力学关系,以此来预测为使船在下一时刻与预定位置误差最小所需的控制力。
值得注意的是控制力也包括下一时刻将要受到的波浪漂力。
李定,顾懋祥等进一步发展了这种前馈控制。
提出自适应神经网络控制系统,把它处理成一个优化问题。
提出能量函数为位置误差平方和速度误差平方加权之和,这样超前一步的控制问题,就是寻找一矢量u(k)使得能量函数为最小。
神经网络具备容错能力强,以及自适应学习功能等一些优点。
但是也存在不适合表达基于规则的知识的缺点。
热点展望从文献分析看,关于动力定位系统控制技术的研究,今后的热点将会主要集中在以下方面:二阶波浪力的准确预测与快速补偿;多种智能控制方法融合的精度更高的控制算法;基于全面能量管理的推力分配优化;极端海况,欠驱动等非正常状态下的动力定位控制技术。
结束语船舶动力定位是先进的海上定位技术,它与传统的锚泊方式相比,具有不受水深限制,投入撤离迅速,定位精确,机动性强等优点,对于海洋开发和海军现代化建设都具有重要意义。
因此需要投入更多的,尤其是实用方面的研究,尽快缩小与国外先进水平的差距。
45CWT中国水运2009·2。