《船舶智慧型控制與自動化系統》是2018年科學出版社出版的圖書，作者是郭晨。
基本介紹
- 書名：船舶智慧型控制與自動化系統
- 作者：郭晨
- ISBN：9787030557049
- 頁數：386
- 出版社：科學出版社
- 出版時間：2018-07-01
- 裝幀：平裝
- 開本：16
內容簡介,目錄,
內容簡介
本書系統地總結了作者多年來從事智慧型控制與船舶自動化系統研究的主要內容。概述了國內外智慧型控制與船舶自動化系統研究進展，分別論述了船舶自動舵智慧型控制、船舶減搖鰭智慧型控制、船舶動力定位系統智慧型控制、船舶運動與主推進裝置聯合智慧型控制、船舶智慧型導航系統、船舶智慧型避碰系統和欠驅動自主式水下航行器的運動智慧型控制等領域的主要研究成果。力求體現智慧型控制理論與技術在現代船舶工程系統中的成功套用。
目錄
前言
第1章 智慧型控制與船舶自動化系統概述 1
1.1 智慧型控制概述 1
1.1.1 智慧型控制的基本概念 2
1.1.2 智慧型控制的研究對象 3
1.1.3 智慧型控制的結構理論 4
1.1.4 幾種典型的智慧型控制系統 6
1.1.5 智慧型控制與傳統控制的關係 17
1.1.6 智慧型控制的前景和展望 18
1.2 船舶自動化系統概述 19
1.2.1 船舶運動控制裝置 22
1.2.2 船舶操縱與主推進聯合智慧型控制 24
1.2.3 運輸船舶的自主智慧型控制與無人駕駛 25
1.2.4 自主式水下航行器的運動智慧型控制 27
1.3 典型船舶自動化系統 28
1.3.1 船舶自動舵控制系統 28
1.3.2 船舶柴油主機遙控系統 30
1.3.3 船舶減搖鰭控制系統 31
1.3.4 船舶動力定位系統 33
1.3.5 船舶電站自動化系統 34
參考文獻 36
第2章 船舶自動舵智慧型控制 38
2.1 概述 38
2.1.1 船舶自動舵系統簡介 38
2.1.2 船舶自動舵系統實例 41
2.2 水面船舶操縱運動數學模型 47
2.2.1 標準的三自由度船舶平面運動數學模型 47
2.2.2 簡化的三自由度船舶平面運動數學模型 48
2.3 “育鯤”輪船舶運動數學模型仿真算例 49
2.4 船舶自動舵智慧型控制算法 53
2.4.1 船舶航跡跟蹤Backstepping魯棒控制 53
2.4.2 船舶航跡保持分段魯棒自適應切換鎮定智慧型控制 63
2.4.3 基於全局動態非線性滑模的欠驅動水面船舶軌跡跟蹤控制 72
2.5 小結 81
參考文獻 82
第3章 船舶減搖鰭智慧型控制 84
3.1 船舶橫搖減搖技術綜述 84
3.1.1 舭龍骨 84
3.1.2 減搖水艙 85
3.1.3 減搖鰭 85
3.1.4 舵減搖 86
3.1.5 零低航速減搖鰭 86
3.1.6 聯合控制減搖技術 87
3.2 海浪數學模型 88
3.2.1 波幅模型與海浪頻譜 88
3.2.2 波傾角模型與波傾角頻譜 89
3.2.3 海浪數字仿真 91
3.3 船舶橫搖運動數學模型 94
3.3.1 船舶線性橫搖受力分析 94
3.3.2 線性橫搖運動數學模型 96
3.3.3 船舶非線性橫搖運動數學模型 98
3.3.4 船舶橫搖運動數字仿真 100
3.4 船舶橫搖運動預報 101
3.4.1 船舶橫搖運動時間序列小波分析 101
3.4.2 基於小波變換和神經網路組合模型的橫搖運動預測 104
3.5 船舶橫搖減搖控制方法 107
3.5.1 船舶橫搖減搖原理 107
3.5.2 船舶減搖鰭逆模式小波神經網路自適應控制 111
3.5.3 船舶橫搖減搖滑模控制 117
3.6 小結 126
參考文獻 126
第4章 船舶動力定位系統智慧型控制 128
4.1 船舶動力定位系統的基本概念 128
4.1.1 船舶動力定位系統的定義 128
4.1.2 船舶動力定位系統的組成 128
4.1.3 船舶動力定位系統的原理 129
4.2 船舶動力定位系統建模 130
4.2.1 船舶動力定位系統的運動模型 131
4.2.2 船舶動力定位系統的推力分配模型 135
4.2.3 船舶動力定位系統建模實例 137
4.3 船舶動力定位系統的控制 141
4.3.1 船舶動力定位系統控制方法分類 141
4.3.2 工業範式下的船舶動力定位控制 142
4.3.3 模型範式下的船舶動力定位控制 142
4.3.4 抗擾範式下的船舶動力定位控制 160
4.3.5 船舶動力定位控制的發展方向 172
4.4 小結 173
參考文獻 173
第5章 船舶運動與主推進裝置聯合智慧型控制 176
5.1 船舶運動與主推進裝置聯合控制機理 176
5.1.1 船舶運動控制的複雜性 176
5.1.2 船舶運動與主推進裝置控制存在強耦合性 177
5.1.3 船舶運動與主推進裝置聯合控制的方法與意義 178
5.2 線性變參數系統控制的數學基礎 179
5.2.1 賦范空間、Banach空間、內積空間、Hilbert空間及零空間 179
5.2.2 信號範數和系統範數 180
5.2.3 凸集、凸包及凸體 180
5.2.4 Hermite矩陣和矩陣Kronecker乘積 181
5.2.5 線性矩陣不等式 182
5.2.6 基於LMI的H∞魯棒控制 184
5.3 線性變參數控制理論 191
5.3.1 線性變參數控制理論的基本方法 191
5.3.2 LPV多胞系統 193
5.3.3 切換LPV系統簡介 194
5.3.4 多胞變增益狀態反饋H∞控制 195
5.4 船舶航向LPV控制 196
5.4.1 船舶運動模型LPV表示 196
5.4.2 LPV多胞輸出反饋航向控制 199
5.4.3 基於切換LPV的船舶航向控制 203
5.5 基於極點配置的LPV狀態反饋船舶運動聯合智慧型控制 207
5.5.1 基於圓域極點配置的多胞變增益狀態反饋H∞控制器設計 208
5.5.2 船舶航向與柴油主機聯合智慧型控制 210
5.5.3 欠驅動船舶直線航跡與柴油主機LPV聯合智慧型控制 216
5.5.4 淺水域船舶航向與柴油主機LPV聯合智慧型控制 221
5.6 小結 225
參考文獻 227
第6章 船舶智慧型導航系統 230
6.1 船舶導航系統簡介 231
6.1.1 無線電導航系統 234
6.1.2 衛星導航系統 235
6.1.3 組合導航系統 236
6.2 綜合船橋系統的配置和功能 239
6.2.1 綜合船橋系統的配置 239
6.2.2 綜合船橋系統的船舶導航功能 241
6.3 船舶綜合船橋系統網路技術 241
6.3.1 概述 241
6.3.2 三層結構的一體化網路體系 242
6.3.3 網路通信協定 244
6.3.4 網路冗餘性設計 246
6.4 綜合船橋系統導航信息融合 247
6.4.1 基本原理和主要任務 247
6.4.2 濾波方法和算法 248
6.5 粒子濾波在多感測器融合中的套用 260
6.5.1 集中式融合的標準粒子濾波 260
6.5.2 二階集中式粒子濾波 261
6.5.3 二階自適應權值粒子濾波的多感測器信息算法 262
6.5.4 仿真結果與實驗分析 263
6.6 基於FNN的GPS/INS/LOG組合導航方法的套用 269
6.6.1 GPS/INS/LOG組合導航模型 269
6.6.2 GPS/INS/LOG組合導航系統 271
6.6.3 基於FNN的GPS/INS/LOG組合導航系統 272
6.6.4 實船實驗 276
6.7 小結 281
參考文獻 282
第7章 船舶智慧型避碰系統 284
7.1 概述 284
7.1.1 船舶避碰 285
7.1.2 船舶決策支持系統 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 船舶避碰研究現狀 288
7.2.3 船舶避碰研究分析 290
7.3 基於軟計算方法的船舶智慧型避碰 294
7.3.1 基於神經網路的船舶智慧型避碰 294
7.3.2 基於遺傳算法的船舶智慧型避碰 296
7.3.3 基於模糊邏輯的船舶智慧型避碰 301
7.4 船舶航跡規劃研究 312
7.4.1 船舶航跡數學模型的建立 312
7.4.2 航路規劃 317
7.4.3 算法運行速度的提高 319
7.4.4 計算結果 321
7.5 船舶操縱決策支持系統 325
7.5.1 船舶操縱決策支持系統概述 325
7.5.2 船舶操縱決策支持系統結構 326
7.5.3 航跡庫算法 327
7.5.4 模擬結果 328
7.6 小結 334
參考文獻 335
第8章 欠驅動自主式水下航行器的運動智慧型控制 337
8.1 概述 337
8.2 欠驅動AUV運動模型及其特性分析 340
8.2.1 欠驅動AUV運動學方程 340
8.2.2 欠驅動AUV動力學方程 344
8.2.3 欠驅動AUV運動系統特性分析 346
8.3 欠驅動AUV控制系統構成 351
8.4 欠驅動AUV基本運動智慧型控制 353
8.4.1 欠驅動AUV運動控制概述 353
8.4.2 欠驅動AUV的航速控制 358
8.4.3 欠驅動AUV的航向智慧型控制 362
8.4.4 欠驅動AUV的縱傾及深度控制 364
8.5 欠驅動AUV目標跟蹤智慧型控制 367
8.5.1 欠驅動AUV三維路徑跟蹤控制 367
8.5.2 欠驅動AUV軌跡跟蹤控制 373
8.6 小結 382
參考文獻 382
附錄 本書部分專業術語中英文對照表 384
彩圖
第1章 智慧型控制與船舶自動化系統概述 1
1.1 智慧型控制概述 1
1.1.1 智慧型控制的基本概念 2
1.1.2 智慧型控制的研究對象 3
1.1.3 智慧型控制的結構理論 4
1.1.4 幾種典型的智慧型控制系統 6
1.1.5 智慧型控制與傳統控制的關係 17
1.1.6 智慧型控制的前景和展望 18
1.2 船舶自動化系統概述 19
1.2.1 船舶運動控制裝置 22
1.2.2 船舶操縱與主推進聯合智慧型控制 24
1.2.3 運輸船舶的自主智慧型控制與無人駕駛 25
1.2.4 自主式水下航行器的運動智慧型控制 27
1.3 典型船舶自動化系統 28
1.3.1 船舶自動舵控制系統 28
1.3.2 船舶柴油主機遙控系統 30
1.3.3 船舶減搖鰭控制系統 31
1.3.4 船舶動力定位系統 33
1.3.5 船舶電站自動化系統 34
參考文獻 36
第2章 船舶自動舵智慧型控制 38
2.1 概述 38
2.1.1 船舶自動舵系統簡介 38
2.1.2 船舶自動舵系統實例 41
2.2 水面船舶操縱運動數學模型 47
2.2.1 標準的三自由度船舶平面運動數學模型 47
2.2.2 簡化的三自由度船舶平面運動數學模型 48
2.3 “育鯤”輪船舶運動數學模型仿真算例 49
2.4 船舶自動舵智慧型控制算法 53
2.4.1 船舶航跡跟蹤Backstepping魯棒控制 53
2.4.2 船舶航跡保持分段魯棒自適應切換鎮定智慧型控制 63
2.4.3 基於全局動態非線性滑模的欠驅動水面船舶軌跡跟蹤控制 72
2.5 小結 81
參考文獻 82
第3章 船舶減搖鰭智慧型控制 84
3.1 船舶橫搖減搖技術綜述 84
3.1.1 舭龍骨 84
3.1.2 減搖水艙 85
3.1.3 減搖鰭 85
3.1.4 舵減搖 86
3.1.5 零低航速減搖鰭 86
3.1.6 聯合控制減搖技術 87
3.2 海浪數學模型 88
3.2.1 波幅模型與海浪頻譜 88
3.2.2 波傾角模型與波傾角頻譜 89
3.2.3 海浪數字仿真 91
3.3 船舶橫搖運動數學模型 94
3.3.1 船舶線性橫搖受力分析 94
3.3.2 線性橫搖運動數學模型 96
3.3.3 船舶非線性橫搖運動數學模型 98
3.3.4 船舶橫搖運動數字仿真 100
3.4 船舶橫搖運動預報 101
3.4.1 船舶橫搖運動時間序列小波分析 101
3.4.2 基於小波變換和神經網路組合模型的橫搖運動預測 104
3.5 船舶橫搖減搖控制方法 107
3.5.1 船舶橫搖減搖原理 107
3.5.2 船舶減搖鰭逆模式小波神經網路自適應控制 111
3.5.3 船舶橫搖減搖滑模控制 117
3.6 小結 126
參考文獻 126
第4章 船舶動力定位系統智慧型控制 128
4.1 船舶動力定位系統的基本概念 128
4.1.1 船舶動力定位系統的定義 128
4.1.2 船舶動力定位系統的組成 128
4.1.3 船舶動力定位系統的原理 129
4.2 船舶動力定位系統建模 130
4.2.1 船舶動力定位系統的運動模型 131
4.2.2 船舶動力定位系統的推力分配模型 135
4.2.3 船舶動力定位系統建模實例 137
4.3 船舶動力定位系統的控制 141
4.3.1 船舶動力定位系統控制方法分類 141
4.3.2 工業範式下的船舶動力定位控制 142
4.3.3 模型範式下的船舶動力定位控制 142
4.3.4 抗擾範式下的船舶動力定位控制 160
4.3.5 船舶動力定位控制的發展方向 172
4.4 小結 173
參考文獻 173
第5章 船舶運動與主推進裝置聯合智慧型控制 176
5.1 船舶運動與主推進裝置聯合控制機理 176
5.1.1 船舶運動控制的複雜性 176
5.1.2 船舶運動與主推進裝置控制存在強耦合性 177
5.1.3 船舶運動與主推進裝置聯合控制的方法與意義 178
5.2 線性變參數系統控制的數學基礎 179
5.2.1 賦范空間、Banach空間、內積空間、Hilbert空間及零空間 179
5.2.2 信號範數和系統範數 180
5.2.3 凸集、凸包及凸體 180
5.2.4 Hermite矩陣和矩陣Kronecker乘積 181
5.2.5 線性矩陣不等式 182
5.2.6 基於LMI的H∞魯棒控制 184
5.3 線性變參數控制理論 191
5.3.1 線性變參數控制理論的基本方法 191
5.3.2 LPV多胞系統 193
5.3.3 切換LPV系統簡介 194
5.3.4 多胞變增益狀態反饋H∞控制 195
5.4 船舶航向LPV控制 196
5.4.1 船舶運動模型LPV表示 196
5.4.2 LPV多胞輸出反饋航向控制 199
5.4.3 基於切換LPV的船舶航向控制 203
5.5 基於極點配置的LPV狀態反饋船舶運動聯合智慧型控制 207
5.5.1 基於圓域極點配置的多胞變增益狀態反饋H∞控制器設計 208
5.5.2 船舶航向與柴油主機聯合智慧型控制 210
5.5.3 欠驅動船舶直線航跡與柴油主機LPV聯合智慧型控制 216
5.5.4 淺水域船舶航向與柴油主機LPV聯合智慧型控制 221
5.6 小結 225
參考文獻 227
第6章 船舶智慧型導航系統 230
6.1 船舶導航系統簡介 231
6.1.1 無線電導航系統 234
6.1.2 衛星導航系統 235
6.1.3 組合導航系統 236
6.2 綜合船橋系統的配置和功能 239
6.2.1 綜合船橋系統的配置 239
6.2.2 綜合船橋系統的船舶導航功能 241
6.3 船舶綜合船橋系統網路技術 241
6.3.1 概述 241
6.3.2 三層結構的一體化網路體系 242
6.3.3 網路通信協定 244
6.3.4 網路冗餘性設計 246
6.4 綜合船橋系統導航信息融合 247
6.4.1 基本原理和主要任務 247
6.4.2 濾波方法和算法 248
6.5 粒子濾波在多感測器融合中的套用 260
6.5.1 集中式融合的標準粒子濾波 260
6.5.2 二階集中式粒子濾波 261
6.5.3 二階自適應權值粒子濾波的多感測器信息算法 262
6.5.4 仿真結果與實驗分析 263
6.6 基於FNN的GPS/INS/LOG組合導航方法的套用 269
6.6.1 GPS/INS/LOG組合導航模型 269
6.6.2 GPS/INS/LOG組合導航系統 271
6.6.3 基於FNN的GPS/INS/LOG組合導航系統 272
6.6.4 實船實驗 276
6.7 小結 281
參考文獻 282
第7章 船舶智慧型避碰系統 284
7.1 概述 284
7.1.1 船舶避碰 285
7.1.2 船舶決策支持系統 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 船舶避碰研究現狀 288
7.2.3 船舶避碰研究分析 290
7.3 基於軟計算方法的船舶智慧型避碰 294
7.3.1 基於神經網路的船舶智慧型避碰 294
7.3.2 基於遺傳算法的船舶智慧型避碰 296
7.3.3 基於模糊邏輯的船舶智慧型避碰 301
7.4 船舶航跡規劃研究 312
7.4.1 船舶航跡數學模型的建立 312
7.4.2 航路規劃 317
7.4.3 算法運行速度的提高 319
7.4.4 計算結果 321
7.5 船舶操縱決策支持系統 325
7.5.1 船舶操縱決策支持系統概述 325
7.5.2 船舶操縱決策支持系統結構 326
7.5.3 航跡庫算法 327
7.5.4 模擬結果 328
7.6 小結 334
參考文獻 335
第8章 欠驅動自主式水下航行器的運動智慧型控制 337
8.1 概述 337
8.2 欠驅動AUV運動模型及其特性分析 340
8.2.1 欠驅動AUV運動學方程 340
8.2.2 欠驅動AUV動力學方程 344
8.2.3 欠驅動AUV運動系統特性分析 346
8.3 欠驅動AUV控制系統構成 351
8.4 欠驅動AUV基本運動智慧型控制 353
8.4.1 欠驅動AUV運動控制概述 353
8.4.2 欠驅動AUV的航速控制 358
8.4.3 欠驅動AUV的航向智慧型控制 362
8.4.4 欠驅動AUV的縱傾及深度控制 364
8.5 欠驅動AUV目標跟蹤智慧型控制 367
8.5.1 欠驅動AUV三維路徑跟蹤控制 367
8.5.2 欠驅動AUV軌跡跟蹤控制 373
8.6 小結 382
參考文獻 382
附錄 本書部分專業術語中英文對照表 384
彩圖
