基于最优控制的船舶避碰研究

发布时间：2017-07-05 20:13

  本文关键词：基于最优控制的船舶避碰研究

  更多相关文章： 船舶避碰 安全会遇距离 最优控制 碰撞危险度 避碰路径

【摘要】：关于船舶避碰的研究已有很长的历史,而今仍有船舶和生命由于船舶碰撞而损毁和丧失。船舶碰撞事故在海上险情中占有很大比例,且引起船舶碰撞事故的人为因素高达80%。因此,研究船舶自动避碰以防止船舶间发生碰撞,仍然是确保船舶安全航行的重要目标之一。本设计在此背景下展开对船舶避碰的研究。首先,对船舶避碰领域的基础知识进行了介绍,选取了合适的安全会遇距离确定方法,根据本船与干扰船构成的相对方位等信息,对船舶会遇态势进行了划分,并且根据海上实际情况,分析了多船会遇情况下的避碰问题。然后,对船舶避碰系统进行了深入研究。以本船和干扰船的航向、航速、位置信息为主要参数对船舶避碰参数进行计算,选取了基于模糊数学理论基础的碰撞危险度评价模型,根据此模型能够得到本船与各干扰船之间的碰撞危险度,并根据计算出的确切值确定重点避让船。然后综合考虑国际海上避碰规则归纳总结船舶的避让责任与避碰方案。其次,采用最优控制的方法展开对船舶避碰问题的描述,选取具有六自由度的船舶运动数学模型,将其转化成一阶微分方程组的形式作为系统方程,确立性能指标和约束条件,将该问题转换成船舶避碰路径规划问题。引入遗传算法,通过选取以安全避让、路径最短及准备复航为目标的适应度函数,结合遗传操作,通过本船和干扰船的航向、航速、位置信息等主要输入参数,最终规划出避碰路径,完成了该目标下的船舶避碰算法设计。最后,在MATLAB环境下编制了船舶避碰路径的仿真软件,通过仿真实例的结果可知,该系统可以安全避开干扰船,且路径最短,以此完成对控制算法的验证,对船舶自动避碰的研究提供一定的理论基础,具有一定实际意义和应用价值。
【关键词】：船舶避碰 安全会遇距离 最优控制 碰撞危险度 避碰路径
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U675.96;U698;O232
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 选题背景及研究意义10-11
• 1.1.1 选题背景10-11
• 1.1.2 研究意义11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 课题研究内容13-15
• 第2章 船舶避碰知识及避碰系统15-33
• 2.1 船舶避碰基本概念15-20
• 2.1.1 船舶避碰过程15-16
• 2.1.2 船舶会遇态势的划分16-17
• 2.1.3 船舶安全会遇距离的确定17-19
• 2.1.4 多船会遇态势下的避碰19-20
• 2.2 船舶避碰系统20-32
• 2.2.1 船舶运动参数的计算20-25
• 2.2.2 碰撞危险度模型的建立25-29
• 2.2.3 避让责任29-30
• 2.2.4 船舶避碰决策30-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第3章 船舶避碰最优控制算法设计33-47
• 3.1 最优控制问题的基本原理33-35
• 3.2 船舶避碰问题的描述35-40
• 3.2.1 船舶运动数学模型36-39
• 3.2.2 边界条件39-40
• 3.2.3 性能指标40
• 3.2.4 约束条件40
• 3.3 利用遗传算法求解40-46
• 3.3.1 遗传算法基本原理40-42
• 3.3.2 避碰路径生成及编码42-43
• 3.3.3 适应度函数的选取43-45
• 3.3.4 各种算子的选取45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 基于最优控制算法的船舶避碰仿真47-61
• 4.1 船舶避碰路径规划系统47-50
• 4.1.1 系统功能介绍47-48
• 4.1.2 界面程序设计48-49
• 4.1.3 避碰算法程序设计49-50
• 4.2 本船与一条干扰船会遇时的避碰50-59
• 4.2.1 交叉会遇态势下的避碰50-55
• 4.2.2 两船之间处于对遇态势55-59
• 4.3 多船之间避碰仿真59-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 结论与展望61-63
• 参考文献63-66
• 致谢66

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