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第1章 智能控制与船舶自动化系统概述1

1.1智能控制概述1

1.1.1智能控制的基本概念2

1.1.2智能控制的研究对象3

1.1.3智能控制的结构理论4

1.1.4几种典型的智能控制系统6

1.1.5智能控制与传统控制的关系17

1.1.6智能控制的前景和展望18

1.2船舶自动化系统概述19

1.2.1船舶运动控制装置22

1.2.2船舶操纵与主推进联合智能控制24

1.2.3运输船舶的自主智能控制与无人驾驶25

1.2.4自主式水下航行器的运动智能控制27

1.3典型船舶自动化系统28

1.3.1船舶自动舵控制系统28

1.3.2船舶柴油主机遥控系统30

1.3.3船舶减摇鳍控制系统31

1.3.4船舶动力定位系统33

1.3.5船舶电站自动化系统34

参考文献36

第2章 船舶自动舵智能控制38

2.1概述38

2.1.1船舶自动舵系统简介38

2.1.2船舶自动舵系统实例41

2.2水面船舶操纵运动数学模型47

2.2.1标准的三自由度船舶平面运动数学模型47

2.2.2简化的三自由度船舶平面运动数学模型48

2.3“育鲲”轮船舶运动数学模型仿真算例49

2.4船舶自动舵智能控制算法53

2.4.1船舶航迹跟踪Backstepping鲁棒控制53

2.4.2船舶航迹保持分段鲁棒自适应切换镇定智能控制63

2.4.3基于全局动态非线性滑模的欠驱动水面船舶轨迹跟踪控制72

2.5小结81

参考文献82

第3章 船舶减摇鳍智能控制84

3.1船舶横摇减摇技术综述84

3.1.1舭龙骨84

3.1.2减摇水舱85

3.1.3减摇鳍85

3.1.4舵减摇86

3.1.5零低航速减摇鳍86

3.1.6联合控制减摇技术87

3.2海浪数学模型88

3.2.1波幅模型与海浪频谱88

3.2.2波倾角模型与波倾角频谱89

3.2.3海浪数字仿真91

3.3船舶横摇运动数学模型94

3.3.1船舶线性横摇受力分析94

3.3.2线性横摇运动数学模型96

3.3.3船舶非线性横摇运动数学模型98

3.3.4船舶横摇运动数字仿真100

3.4船舶横摇运动预报101

3.4.1船舶横摇运动时间序列小波分析101

3.4.2基于小波变换和神经网络组合模型的横摇运动预测104

3.5船舶横摇减摇控制方法107

3.5.1船舶横摇减摇原理107

3.5.2船舶减摇鳍逆模式小波神经网络自适应控制111

3.5.3船舶横摇减摇滑模控制117

3.6小结126

参考文献126

第4章 船舶动力定位系统智能控制128

4.1船舶动力定位系统的基本概念128

4.1.1船舶动力定位系统的定义128

4.1.2船舶动力定位系统的组成128

4.1.3船舶动力定位系统的原理129

4.2船舶动力定位系统建模130

4.2.1船舶动力定位系统的运动模型131

4.2.2船舶动力定位系统的推力分配模型135

4.2.3船舶动力定位系统建模实例137

4.3船舶动力定位系统的控制141

4.3.1船舶动力定位系统控制方法分类141

4.3.2工业范式下的船舶动力定位控制142

4.3.3模型范式下的船舶动力定位控制142

4.3.4抗扰范式下的船舶动力定位控制160

4.3.5船舶动力定位控制的发展方向172

4.4小结173

参考文献173

第5章 船舶运动与主推进装置联合智能控制176

5.1船舶运动与主推进装置联合控制机理176

5.1.1船舶运动控制的复杂性176

5.1.2船舶运动与主推进装置控制存在强耦合性177

5.1.3船舶运动与主推进装置联合控制的方法与意义178

5.2线性变参数系统控制的数学基础179

5.2.1赋范空间、Banach空间、内积空间、Hilbert空间及零空间179

5.2.2信号范数和系统范数180

5.2.3凸集、凸包及凸体180

5.2.4 Hermite矩阵和矩阵Kronecker乘积181

5.2.5线性矩阵不等式182

5.2.6基于LMI的H∞鲁棒控制184

5.3线性变参数控制理论191

5.3.1线性变参数控制理论的基本方法191

5.3.2 LPV多胞系统193

5.3.3切换LPV系统简介194

5.3.4多胞变增益状态反馈H∞控制195

5.4船舶航向LPV控制196

5.4.1船舶运动模型LPV表示196

5.4.2 LPV多胞输出反馈航向控制199

5.4.3基于切换LPV的船舶航向控制203

5.5基于极点配置的LPV状态反馈船舶运动联合智能控制207

5.5.1基于圆域极点配置的多胞变增益状态反馈H∞控制器设计208

5.5.2船舶航向与柴油主机联合智能控制210

5.5.3欠驱动船舶直线航迹与柴油主机LPV联合智能控制216

5.5.4浅水域船舶航向与柴油主机LPV联合智能控制221

5.6小结225

参考文献227

第6章 船舶智能导航系统230

6.1船舶导航系统简介231

6.1.1无线电导航系统234

6.1.2卫星导航系统235

6.1.3组合导航系统236

6.2综合船桥系统的配置和功能239

6.2.1综合船桥系统的配置239

6.2.2综合船桥系统的船舶导航功能241

6.3船舶综合船桥系统网络技术241

6.3.1概述241

6.3.2三层结构的一体化网络体系242

6.3.3网络通信协议244

6.3.4网络冗余性设计246

6.4综合船桥系统导航信息融合247

6.4.1基本原理和主要任务247

6.4.2滤波方法和算法248

6.5粒子滤波在多传感器融合中的应用260

6.5.1集中式融合的标准粒子滤波260

6.5.2二阶集中式粒子滤波261

6.5.3二阶自适应权值粒子滤波的多传感器信息算法262

6.5.4仿真结果与实验分析263

6.6基于FNN的GPS/INS/LOG组合导航方法的应用269

6.6.1 GPS/INS/LOG组合导航模型269

6.6.2 GPS/INS/LOG组合导航系统271

6.6.3基于FNN的GPS/INS/LOG组合导航系统272

6.6.4实船实验276

6.7小结281

参考文献282

第7章 船舶智能避碰系统284

7.1概述284

7.1.1船舶避碰285

7.1.2船舶决策支持系统285

7.2船舶避碰方法研究286

7.2.1船舶避碰基本概念286

7.2.2船舶避碰研究现状288

7.2.3船舶避碰研究分析290

7.3基于软计算方法的船舶智能避碰294

7.3.1基于神经网络的船舶智能避碰294

7.3.2基于遗传算法的船舶智能避碰296

7.3.3基于模糊逻辑的船舶智能避碰301

7.4船舶航迹规划研究312

7.4.1船舶航迹数学模型的建立312

7.4.2航路规划317

7.4.3算法运行速度的提高319

7.4.4计算结果321

7.5船舶操纵决策支持系统325

7.5.1船舶操纵决策支持系统概述325

7.5.2船舶操纵决策支持系统结构326

7.5.3航迹库算法327

7.5.4模拟结果328

7.6小结334

参考文献335

第8章 欠驱动自主式水下航行器的运动智能控制337

8.1概述337

8.2欠驱动AUV运动模型及其特性分析340

8.2.1欠驱动AUV运动学方程340

8.2.2欠驱动AUV动力学方程344

8.2.3欠驱动AUV运动系统特性分析346

8.3欠驱动AUV控制系统构成351

8.4欠驱动AUV基本运动智能控制353

8.4.1欠驱动AUV运动控制概述353

8.4.2欠驱动AUV的航速控制358

8.4.3欠驱动AUV的航向智能控制362

8.4.4欠驱动AUV的纵倾及深度控制364

8.5欠驱动AUV目标跟踪智能控制367

8.5.1欠驱动AUV三维路径跟踪控制367

8.5.2欠驱动AUV轨迹跟踪控制373

8.6小结382

参考文献382

附录 本书部分专业术语中英文对照表384