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基于自适应神经网络的船舶航向保持预定义性能PI控制
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作者 刘训文 褚善东 +1 位作者 骆海洋 钟平 《上海海事大学学报》 北大核心 2024年第1期10-15,共6页
为解决模型动态不确定和外部扰动未知的船舶航向保持问题,提出一种基于自适应神经网络的船舶航向保持预定义性能PI控制方案。在PID控制设计框架下,引入自适应神经网络和预设性能控制技术,从不确定补偿和设计角度提高船舶航向保持的精度... 为解决模型动态不确定和外部扰动未知的船舶航向保持问题,提出一种基于自适应神经网络的船舶航向保持预定义性能PI控制方案。在PID控制设计框架下,引入自适应神经网络和预设性能控制技术,从不确定补偿和设计角度提高船舶航向保持的精度和控制性能。在控制设计中,结合自适应神经网络技术与单参数学习技术,使得整个船舶航向保持闭环控制系统仅需要在线更新一个未知参数,系统的复杂度降低,且可以实现离线确定船舶航向误差的功能。基于李雅普诺夫稳定性理论进行分析,结果表明所提出的控制方案能保证整个闭环控制系统所有信号均有界。通过数值仿真验证了所提出方案的有效性和优越性。 展开更多
关键词 船舶航向 自适应神经网络 PI控制 预定义性能 智能航行
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考虑时变时滞特性的船舶航向自适应控制
2
作者 吴天昊 王欣 李海滨 《中国航海》 CSCD 北大核心 2024年第3期28-35,共8页
针对一类带有时变参数和时滞性质的船舶航向控制系统,提出一种基于后推技术的神经网络自适应控制器。将较高精度的3自由度分离型船舶运动模型(MMG)等价变换为具有时变参数和时滞性质的非仿射非线性船舶航向控制系统。结合动态面控制(DSC... 针对一类带有时变参数和时滞性质的船舶航向控制系统,提出一种基于后推技术的神经网络自适应控制器。将较高精度的3自由度分离型船舶运动模型(MMG)等价变换为具有时变参数和时滞性质的非仿射非线性船舶航向控制系统。结合动态面控制(DSC)技术、径向基(RBF)神经网络,利用后推技术进行自适应控制器设计。通过对复杂目标信号的跟踪,验证神经网络自适应控制器的有效性。提出的控制方法在对船舶航向实现有效控制的同时,能避免复杂度爆炸等问题,并具有结构简单易于工程实现等优点。稳定性分析结果表明闭环内的所有信号一致最终有界。 展开更多
关键词 船舶航向控制 非仿射纯反馈系统 非线性系统 径向基神经网络 动态面控制 后推控制
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输入饱和约束下自适应RBF神经网络非线性反馈船舶航向控制
3
作者 苏文学 孟祥飞 张强 《上海海事大学学报》 北大核心 2024年第2期14-19,共6页
针对输入饱和约束下外界扰动和模型不确定情况下的船舶航向跟踪控制问题,提出一种自适应径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络非线性反馈航向跟踪控制方法。利用自适应RBF神经网络对外界扰动和模型不确定项进行估计,并利用最... 针对输入饱和约束下外界扰动和模型不确定情况下的船舶航向跟踪控制问题,提出一种自适应径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络非线性反馈航向跟踪控制方法。利用自适应RBF神经网络对外界扰动和模型不确定项进行估计,并利用最小学习参数法减少计算量;将一个具有误差增益反相关特征的非线性函数嵌入控制律中,设计一种非线性反馈控制方法;利用李雅普诺夫理论证明所有信号在考虑外界扰动和模型不确定的船舶航向跟踪控制系统中都是一致有界的。通过仿真和比较,验证了所设计控制方法的有效性。所做研究可为输入饱和约束下船舶航向跟踪控制提供参考,具有工程实际意义。 展开更多
关键词 船舶航向跟踪 径向基函数(RBF)神经网络 非线性反馈控制 输入饱和
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船舶航向不对称信息理论与非线性逆推鲁棒控制算法 被引量:16
4
作者 张显库 郭晨 杜佳璐 《交通运输工程学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第2期47-50,共4页
应用不对称信息理论和鲁棒控制算法简化非线性逆推算法,针对非线性船舶航向保持系统,设计了其Backstepping逆推控制器,由非线性函数项和常规线性控制器组成,将简化的Back-stepping法与闭环增益成形算法相结合,设计其非线性鲁棒控制器。... 应用不对称信息理论和鲁棒控制算法简化非线性逆推算法,针对非线性船舶航向保持系统,设计了其Backstepping逆推控制器,由非线性函数项和常规线性控制器组成,将简化的Back-stepping法与闭环增益成形算法相结合,设计其非线性鲁棒控制器。通过非线性鲁棒控制器的控制能够使船舶无超调、无静差地跟踪设定航向,调节时间为600 s,符合船舶航行的实际情况,控制效果良好;当系统增加干扰后,系统的控制输出除了因干扰产生的抖动外,其跟踪性能仍然较好,航向输出无静差,说明控制器具有一定的鲁棒性;是否全部对消非线性项,对其控制效果相差不大,说明当模型发生参数摄动时,系统的控制性能仍能保证。 展开更多
关键词 交通控制 船舶航向 不对称信息理论 逆推算法 非线性 鲁棒性 航向保持
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船舶航向非线性系统鲁棒跟踪控制 被引量:30
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作者 罗伟林 邹早建 李铁山 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期893-895,共3页
对船舶航向非线性系统,提出了一种基于神经网络方法的鲁棒跟踪控制器.系统由船舶运动非线性响应模型和舵机伺服系统串联构成,其中运动响应模型考虑了建模误差和外界干扰力等非匹配不确定性.对建模误差和期望舵角的一阶导数项应用在线二... 对船舶航向非线性系统,提出了一种基于神经网络方法的鲁棒跟踪控制器.系统由船舶运动非线性响应模型和舵机伺服系统串联构成,其中运动响应模型考虑了建模误差和外界干扰力等非匹配不确定性.对建模误差和期望舵角的一阶导数项应用在线二层神经网络予以辨识和补偿,不确定性干扰项处理应用L2增益设计.采用Lyapunov函数递推法,得到包括神经网络权值算法在内的跟踪控制器.跟踪误差和神经网络权值误差的一致终值有界性保证了系统的鲁棒稳定性,合理的控制器参数选择保证了控制精度.仿真结果验证了控制器的有效性. 展开更多
关键词 船舶航向跟踪控制 非匹配不确定性 神经网络 L2增益设计 Lyapunov函数递归设计
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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
6
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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船舶航向非线性Backstepping自适应鲁棒控制 被引量:15
7
作者 叶宝玉 王钦若 +1 位作者 熊建斌 邓九英 《控制工程》 CSCD 北大核心 2013年第4期607-610,共4页
针对非线性船舶航向控制中船舶参数及扰动的不确定性,提出了带有积分器的非线性Backstepping自适应鲁棒控制算法。首先对扰动界已知的非线性船舶实现船舶航向跟踪控制,并取得了全局指数稳定的控制效果。考虑到海洋环境的随机性对船舶的... 针对非线性船舶航向控制中船舶参数及扰动的不确定性,提出了带有积分器的非线性Backstepping自适应鲁棒控制算法。首先对扰动界已知的非线性船舶实现船舶航向跟踪控制,并取得了全局指数稳定的控制效果。考虑到海洋环境的随机性对船舶的影响,又对扰动界未知的非线性船舶实现船舶航向跟踪控制,并利用Lyapunov稳定性理论证明其满足L2控制标准,取得了全局稳定的控制效果。仿真结果验证了所设计方法的有效性。 展开更多
关键词 船舶航向控制 BACKSTEPPING 自适应鲁棒控制 稳定性分析
原文传递
船舶航向离散非线性系统自适应神经网络控制 被引量:14
8
作者 王欣 刘正江 +1 位作者 李铁山 蔡垚 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期123-126,131,共5页
针对考虑舵机特性的船舶航向离散非线性控制系统,提出了一种基于神经网络的自适应控制设计方法。为了消除离散系统后推设计中存在"因果矛盾"的问题,原船舶航向离散系统通过变换得到等价的能够预测变量的前向预测系统。通过使... 针对考虑舵机特性的船舶航向离散非线性控制系统,提出了一种基于神经网络的自适应控制设计方法。为了消除离散系统后推设计中存在"因果矛盾"的问题,原船舶航向离散系统通过变换得到等价的能够预测变量的前向预测系统。通过使用单一神经网络逼近系统的所有未知部分,该控制设计方法可以有效地减轻控制系统存在的"计算量膨胀"问题,并具有控制器结构简单,控制参数少,易于工程实现等优点。同时,稳定性分析证明闭环系统的所有信号一致最终有界,并能使得航向跟踪误差任意小。最后,运用"育鲲"轮进行仿真研究以证明所提方法的有效性。 展开更多
关键词 船舶航向控制 离散非线性系统 径向基神经网络 单一神经网络控制 自适应控制 后推控制
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控制增益未知的船舶航向非线性自适应跟踪控制(英文) 被引量:19
9
作者 杜佳璐 郭晨 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期315-320,共6页
针对参数不确定的船舶运动非线性控制系统控制方向未知的困难,将逆推算法与Nussbaum增益方法相结合,提出一种新的自适应非线性控制策略,从而实现船舶运动航向跟踪控制.首先,从理论上证明了所设计的自适应控制器保证最终的控制系数符号... 针对参数不确定的船舶运动非线性控制系统控制方向未知的困难,将逆推算法与Nussbaum增益方法相结合,提出一种新的自适应非线性控制策略,从而实现船舶运动航向跟踪控制.首先,从理论上证明了所设计的自适应控制器保证最终的控制系数符号未知的参数不确定船舶运动非线性系统中所有信号一致有界,船舶的实际航向全局自适应地渐近跟踪期望的参考航向.对两条船舶数学模型的仿真实验结果表明,所设计的自适应非线性跟踪控制器具有良好的适应性及鲁棒性. 展开更多
关键词 船舶航向跟踪控制 自适应控制 非线性 参数不确定 逆推算法 NUSSBAUM增益
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船舶航向保持变论域模糊–最小二乘支持向量机复合控制 被引量:7
10
作者 刘胜 王宇超 傅荟璇 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期485-490,共6页
针对船舶航向运动具有强非线性,并受各种不确定随机干扰的作用,提出了基于最小二乘支持向量机与变论域模糊逻辑的船舶航向保持复合控制方案,该控制方案利用最小二乘支持向量机良好的非线性映射能力建立船舶操纵系统的逆动力学模型,引入... 针对船舶航向运动具有强非线性,并受各种不确定随机干扰的作用,提出了基于最小二乘支持向量机与变论域模糊逻辑的船舶航向保持复合控制方案,该控制方案利用最小二乘支持向量机良好的非线性映射能力建立船舶操纵系统的逆动力学模型,引入协调控制因子,与变论域模糊控制复合形成控制闭环,提高控制系统的控制精度和鲁棒性.仿真结果表明,本文所设计的航向保持控制系统效果良好,对海情的变化具有较好的自适应能力. 展开更多
关键词 船舶航向保持 模糊控制 变论域 最小二乘支持向量机
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波浪作用下船舶航向自抗扰控制设计及参数配置 被引量:16
11
作者 李荣辉 曹峻海 李铁山 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期1601-1609,共9页
针对具有内部参数不确定性和外部扰动的海上船舶设计了航向自抗扰控制器,并解决了舵机模型中舵角的限幅和限速问题,基于滑模控制理论提出了反馈控制带宽的计算方法.采用频域分析的方法,系统地分析了自抗扰控制器对外部波浪扰动的抑制能... 针对具有内部参数不确定性和外部扰动的海上船舶设计了航向自抗扰控制器,并解决了舵机模型中舵角的限幅和限速问题,基于滑模控制理论提出了反馈控制带宽的计算方法.采用频域分析的方法,系统地分析了自抗扰控制器对外部波浪扰动的抑制能力、模型参数不确定时的鲁棒性;结合作者实船工作经验以及系统动态特性与控制参数的关系,提出了船舶航向控制器参数的配置规律;最后以一艘57000吨级散货船为控制对象,验证了航向控制器的鲁棒性和本文所述参数配置规律的有效性.为将自抗扰控制算法应用于船舶自动舵设计提供理论依据和实践参考. 展开更多
关键词 自抗扰控制 船舶航向 扩张状态观测器 参数配置 带宽
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船舶航向跟踪系统自适应滤波反步终端滑模控制 被引量:5
12
作者 夏国清 武慧勇 +1 位作者 赵昂 王元慧 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期180-185,共6页
针对船舶航向非线性系统,提出了一种基于自适应滤波反步法的终端滑模控制器.系统由二阶非线性野本模型和舵机响应模型串联组成,考虑了模型不确定性和外部干扰等未知项,并由模糊系统对未知项进行在线逼近.首先引入二阶低通滤波器,避免了... 针对船舶航向非线性系统,提出了一种基于自适应滤波反步法的终端滑模控制器.系统由二阶非线性野本模型和舵机响应模型串联组成,考虑了模型不确定性和外部干扰等未知项,并由模糊系统对未知项进行在线逼近.首先引入二阶低通滤波器,避免了对虚拟控制律的解析求导,从而简化了反步控制器的设计,而且滤波器的低通特性可大大减小测量噪声的影响;然后利用滤波反步法的结果设计了终端滑模面,并最终得到了使系统跟踪误差有限时间收敛的终端滑模控制器.根据Lyapunov理论证明了闭环系统所有误差变量均是一致最终有界的.仿真结果验证了所提方法的有效性. 展开更多
关键词 船舶航向跟踪 自适应 滤波反步法 终端滑模 模糊系统
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带有海浪滤波器的船舶航向反步自适应输出反馈控制 被引量:14
13
作者 彭秀艳 胡忠辉 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期863-868,共6页
针对复杂海况下船舶航向控制中的模型非线性、参数不确定和海浪扰动问题,提出了一种基于反步法的非线性自适应输出反馈控制算法.首先基于无源理论设计了一种状态观测器以实现海浪滤波和状态估计,这种观测器无需海浪扰动的方差信息从而... 针对复杂海况下船舶航向控制中的模型非线性、参数不确定和海浪扰动问题,提出了一种基于反步法的非线性自适应输出反馈控制算法.首先基于无源理论设计了一种状态观测器以实现海浪滤波和状态估计,这种观测器无需海浪扰动的方差信息从而减少了观测器参数数量.然后假定系统模型参数未知,基于反步法给出了非线性控制律和参数自适应律.利用Lyapunov理论证明了这种自适应输出反馈控制系统的稳定性.仿真结果表明本文所提控制器具有较好的控制性能,对不确定性模型参数具有良好的自适应性. 展开更多
关键词 船舶航向控制 海浪滤波 自适应反步法 输出反馈 无源理论
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基于自适应输出反馈的船舶航向控制 被引量:17
14
作者 王志文 彭秀艳 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期425-429,共5页
针对复杂海情下的航向跟踪问题,提出基于神经网络的自适应输出反馈控制方法.利用Lyapunov稳定性理论,证明了该控制设计方法的稳定性.为克服航向角速度难以测量的问题,应用线性观测器进行状态估计,并结合神经网络拟合了复杂海况下的水动... 针对复杂海情下的航向跟踪问题,提出基于神经网络的自适应输出反馈控制方法.利用Lyapunov稳定性理论,证明了该控制设计方法的稳定性.为克服航向角速度难以测量的问题,应用线性观测器进行状态估计,并结合神经网络拟合了复杂海况下的水动力不确定参数.为增强控制器的鲁棒性,对所设计的控制器进行了重新修正,使其具有更好的抗干扰能力.以一艘货船为例,进行了航向在10°和—10°间连续改变的仿真实验,结果表明设计的控制器具有船舶操纵的良好动态性能,且具有无超调、鲁棒性强的优点. 展开更多
关键词 船舶航向控制 自适应控制 输出反馈 神经网络
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船舶航向模糊自整定操舵控制器的研究 被引量:6
15
作者 刘洋 米伟 郭晨 《中国航海》 CSCD 北大核心 2010年第1期11-15,41,共6页
船舶航向操舵控制是个典型的非线性系统,而工程上经常使用的常规PID(Proportional Integral Differential)控制器则为线性控制,至于模糊控制虽为非线性控制,但稳态精度不高。将常规PID控制与模糊控制相结合,基于Norrbin非线性系统模型... 船舶航向操舵控制是个典型的非线性系统,而工程上经常使用的常规PID(Proportional Integral Differential)控制器则为线性控制,至于模糊控制虽为非线性控制,但稳态精度不高。将常规PID控制与模糊控制相结合,基于Norrbin非线性系统模型和模糊自整定PID控制器的设计步骤,提出一种新的船舶航向控制算法,即船舶航向模糊自整定操舵控制器,并针对5 446标准箱的集装箱船舶,用Matlab进行了仿真计算。仿真结果表明,该控制算法可以使船舶航向控制从动态和稳态上都具有较好的精度,跟踪响应迅速,超调量小。 展开更多
关键词 船舶、舰船工程 船舶航向 非线性控制 模糊自整定 操舵控制器
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基于BP算法的船舶航向模糊PID控制研究 被引量:19
16
作者 彭秀艳 张文颖 贾书丽 《控制工程》 CSCD 北大核心 2013年第4期623-626,共4页
以含有未知参数的船舶航向非线性模型为研究对象,设计了一种基于BP算法的船舶航向模糊自适应PID控制器。船舶航向传统PID控制的参数自适应能力弱,鲁棒性较差;BP算法可动态调整PID控制参数,但由于BP神经网络收敛速度慢,且有时会使设定的... 以含有未知参数的船舶航向非线性模型为研究对象,设计了一种基于BP算法的船舶航向模糊自适应PID控制器。船舶航向传统PID控制的参数自适应能力弱,鲁棒性较差;BP算法可动态调整PID控制参数,但由于BP神经网络收敛速度慢,且有时会使设定的指标函数达到局部极值,操纵性能不能令人满意。基于BP算法的模糊自适应控制策略,采用模糊规则对网络输入进行"归档",优化网络收敛速度,避免设定指标函数达到局部极值,改善了系统的操纵性能与鲁棒性。仿真实验结果表明该控制策略实现简单,具有较高控制精度。 展开更多
关键词 船舶航向控制 模糊自适应 BP神经网络 参数整定 PID控制
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船舶航向保持系统的云模型控制研究 被引量:6
17
作者 高键 周岸 李众 《江苏科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2008年第5期11-16,共6页
云模型是对语言值所蕴含的模糊性和随机性的一种数学描述,它用期望值Ex,熵En和超熵He表征定性概念,将概念的模糊性和随机性集成在一起,是实现知识库中定量与定性之间相互转换的一种新途径.本文论述了模糊子集的云模型表示、基于云模型... 云模型是对语言值所蕴含的模糊性和随机性的一种数学描述,它用期望值Ex,熵En和超熵He表征定性概念,将概念的模糊性和随机性集成在一起,是实现知识库中定量与定性之间相互转换的一种新途径.本文论述了模糊子集的云模型表示、基于云模型控制规则的不确定性推理,并设计了船舶航向保持系统的一维与二维云模型控制器.仿真结果表明,该控制器简易、直观、鲁棒性强,具有良好的控制性能和较好的应用价值. 展开更多
关键词 船舶航向保持系统 云模型 定性推理 智能控制
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基于神经网络参考模型的船舶航向智能自适应控制系统 被引量:12
18
作者 孟浩 赵国良 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 2003年第4期395-399,共5页
为使船舶能在不同状态和环境下按所希望的要求改变船舶的航向,提出了一种基于神经网络参考模型的船舶航向智能自适应控制算法,利用神经网络建立了参考模型和船舶航向运动的辨识模型.并将模糊控制与神经网络相结合,设计了模糊神经网络控... 为使船舶能在不同状态和环境下按所希望的要求改变船舶的航向,提出了一种基于神经网络参考模型的船舶航向智能自适应控制算法,利用神经网络建立了参考模型和船舶航向运动的辨识模型.并将模糊控制与神经网络相结合,设计了模糊神经网络控制器.利用神经网络的学习功能对控制器的隶属度函数及推理规则进行修正,以提高其自适应能力.仿真结果表明该算法对船舶转向控制有良好的效果. 展开更多
关键词 船舶航向控制 模糊神经网络 参考模型 自适应控制
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船舶航向保持的滑模变结构自适应模糊控制研究 被引量:5
19
作者 袁雷 吴汉松 陈楠 《西华大学学报(自然科学版)》 CAS 2010年第4期1-4,共4页
针对船舶航向非线性控制系统中存在未知控制增益,参数不确定性和外界干扰的影响,通过引入Nussbaum函数,利用模糊逻辑系统的逼近能力,将多滑模控制与自适应模糊控制相结合,提出一种新的多滑模自适应模糊控制算法,实现了船舶航向的跟踪控... 针对船舶航向非线性控制系统中存在未知控制增益,参数不确定性和外界干扰的影响,通过引入Nussbaum函数,利用模糊逻辑系统的逼近能力,将多滑模控制与自适应模糊控制相结合,提出一种新的多滑模自适应模糊控制算法,实现了船舶航向的跟踪控制,并且在设计过程中,避免了控制器奇异值问题的发生。借助Lya-punov函数证明了所设计控制器使船舶运动非线性系统中所有信号有界,且跟踪误差收敛到零的某个邻域内。仿真结果表明,所设计的控制器能够快速准确地跟踪设定航向,对参数摄动和外界扰动具有较强的鲁棒性。 展开更多
关键词 船舶航向控制 非线性系统 滑模控制 自适应 NUSSBAUM增益
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船舶航向非线性H_∞逆优化输出反馈控制 被引量:5
20
作者 彭秀艳 贾书丽 胡忠辉 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期215-222,共8页
为抑制船舶航向非线性优化控制中模型参数摄动和由状态观测器引入的不确定观测误差,提出了一种非线性H∞逆优化控制算法.首先,基于无源理论设计观测器以实现海浪滤波,该观测器无需海浪扰动的方差信息从而减少了观测器参数数量.然后,考... 为抑制船舶航向非线性优化控制中模型参数摄动和由状态观测器引入的不确定观测误差,提出了一种非线性H∞逆优化控制算法.首先,基于无源理论设计观测器以实现海浪滤波,该观测器无需海浪扰动的方差信息从而减少了观测器参数数量.然后,考虑模型参数摄动对观测误差的影响,给出了描述系统局部(全局)性态的局部(全局)H∞优化性能指标.在以广义黎卡提方程(GARE)对局部优化问题的求解的基础上,应用逆优化方法将全局H∞优化问题转化为构造闭环系统的Lyapunov函数问题,得到同时满足两种指标的优化控制器,并证明了稳定性.仿真结果证明了该算法的有效性. 展开更多
关键词 船舶航向控制 非线性H∞优化控制 逆优化 无源状态观测器
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