基于ECDIS的船舶自动控制仿真研究

发布时间：2017-08-16 19:01

  本文关键词：基于ECDIS的船舶自动控制仿真研究

  更多相关文章： MMG模型 航迹保持控制 仿真 输入输出

【摘要】：随着时代的发展,无人艇、无人飞机技术应运而生,因其在海洋监测、营运、安全等方面具有广泛的应用前景而成为国内外的研究热点。其中船舶自动靠泊技术是控制过程中最为复杂也是最为重要的部分,其效用价值极高。近年来各学者提出了诸多的控制算法,如PID控制、神经网络控制、多模态仿人智能控制、混合控制等。根据这些算法所设计的控制律,其稳定性和控制效率大多是通过Matlab、 Simulink工具并以船舶响应模型或简化的Nomoto模型为基础进行仿真验证的。结果表明,船舶模型从初始状态到稳定状态所经历的时间越短则控制律效果越好。基于此本文采用MMG船舶运动模型与现有的控制律算法相结合的方法,进行船舶自动靠泊仿真研究。 文中应用欠驱动船舶输入输出线性化的航迹保持控制算法以及建立的MMG船舶运动模型,通过对控制律输入船舶位置坐标、航向以及转向角速度,计算得到命令舵角；将这一舵角作为输入传递给MMG船舶运动模型,经过模型的计算获得新的船舶位置、航向、转向角速度,再将这些量作为控制律的输入进行循环计算；最终在电子海图模拟器上实现船舶的自动靠泊动态仿真。本文主要工作有： 1.建立多工况船舶操纵运动数学模型。 2.在应用Simulink对选用控制律进行调试验证的基础上,用C++编程实现。 3.根据实船Z型试验数据,用野本参数确定法求得船舶操纵性指数K、T,再代入野本方程仿真Z型试验,验证K、T指数的有效性,从而确定所选船舶的控制律。 4.将MMG船舶运动模型与控制器程序通过服务器接口进行连接,最终在电子海图模拟器上实现船舶运动模型沿计划航线自动靠泊的仿真。
【关键词】：MMG模型 航迹保持控制 仿真 输入输出
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 理论意义和应用价值11-12
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势12-14
• 1.4 模拟器系统介绍14-15
• 1.5 论文的组织与安排15-16
• 第2章 基础知识16-32
• 2.1 非线性系统基础知识16-26
• 2.1.1 Lyapunov稳定性定义16-19
• 2.1.2 非线性系统19
• 2.1.3 非线性系统线性化19-20
• 2.1.4 微分几何20
• 2.1.5 李导数20-21
• 2.1.6 输入输出线性化21-23
• 2.1.7 输入输出非线性系统状态反馈线性化理论23-26
• 2.2 模型数据及基础知识26-32
• 2.2.1 仿真环境参数26-28
• 2.2.2 MMG模型数据28-29
• 2.2.3 坐标变换29-32
• 第3章 多工况船舶操纵运动数学模型32-62
• 3.1 操纵运动方程式32-38
• 3.1.1 坐标系及各运动参量之间的关系32-34
• 3.1.2 运动方程的建立34-37
• 3.1.3 量纲的无因次化37-38
• 3.2 船体流体动力模型38-45
• 3.2.1 附加质量和附加惯性矩的计算38-40
• 3.2.2 粘性流体动力的计算40-45
• 3.3 螺旋桨及主机特性模型45-53
• 3.3.1 螺旋桨的推力减额系数和伴流系数46-47
• 3.3.2 四象限螺旋桨推力系数和转矩系数47-50
• 3.3.3 螺旋桨横向力和力矩模型50-52
• 3.3.4 主机模型计算52-53
• 3.4 舵力及舵机的特性计算模型53-58
• 3.4.1 舵的法向力54
• 3.4.2 流向舵的有效来流速度54-56
• 3.4.3 舵的横向流入速度56-57
• 3.4.4 舵的有效流入冲角57
• 3.4.5 舵机模型57-58
• 3.5 风的动力计算模型58-60
• 3.6 流的水动力计算模型60
• 3.7 龙格-库塔法60-62
• 第4章 欠驱动船舶输入输出线性化航迹保持控制62-67
• 4.1 航迹保持控制系统62-65
• 4.1.1 模型建立62-63
• 4.1.2 控制器设计63-65
• 4.2 控制器稳定性论证65-67
• 第5章 基于MMG的航迹保持控制下船舶靠泊仿真67-88
• 5.1 K、T指数的计算67-75
• 5.1.1 Z型实验参数确定法67-71
• 5.1.2 根据船型资料回归法71-72
• 5.1.3 Z型试验结果对比72-75
• 5.2 航迹保持控制仿真75-78
• 5.3 航线设计78-81
• 5.3.1 计划航线设计78-79
• 5.3.2 计划航线坐标系变换79-81
• 5.4 自动靠泊仿真81-88
• 5.4.1 船舶控制面板82
• 5.4.2 仿真结果82-88
• 第6章 结论与展望88-89
• 参考文献89-94
• 致谢94-95
• 作者简介95

【参考文献】

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本文编号：684950