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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