《船舶智慧型航行控制方法與套用》是2021年科學出版社出版的圖書。
基本介紹
- 中文名：船舶智慧型航行控制方法與套用
- 作者：柳晨光
- 類別：工業技術
- 出版社：科學出版社
- 出版時間：2021年
- 開本：16 開
- 裝幀：平裝
- ISBN：9787030698216
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
近年來，智慧型船舶受到了國際海事組織、世界各國的廣泛關注，船舶智慧型航行在提升航運效能、節能減排、減少船舶配員等方面具有重要作用。《船舶智慧型航行控制方法與套用》主要介紹船舶智慧型航行控制涉及的感知、路徑規劃、控制方法及其在不同場景的套用和驗證效果，梳理智慧型船舶和船舶智慧型航行發展趨勢，提出船載三維雷射點雲目標識別方法、複雜場景路徑規劃方法和不確定性環境的船舶運動控制方法，闡述感知-決策-控制一體化無人艇實驗平台、船舶運動控制模型船平台和船閘水域船舶編隊航行平台的構成、軟硬體系統實現及算法套用過程。
圖書目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 智慧型船舶概念與發展 3
1.3 船舶智慧型航行控制發展 5
1.3.1 感知子系統 7
1.3.2 認知子系統 7
1.3.3 決策子系統 7
1.3.4 控制子系統 8
參考文獻 8
第2章 船舶智慧型航行近距離目標感知 10
2.1 船舶智慧型航行近距離目標感知系統 10
2.2 基於毫米波雷達的船舶近距離障礙物識別方法 12
2.2.1 毫米波雷達簡介 12
2.2.2 基於毫米波雷達的船舶感知方法 13
2.3 基於雷射雷達的船舶目標感知方法 15
2.3.1 基於先驗知識的三維點雲目標識別方法 17
2.3.2 基於學習機制的三維點雲目標識別方法 18
2.3.3 基於三維雷射點雲的目標識別方法 20
2.4 船載三維雷射雷達目標識別軟體 24
2.4.1 軟體簡介 24
2.4.2 軟體功能 24
參考文獻 26
第3章 船舶智慧型航行避碰路徑規劃 30
3.1 船舶避碰路徑規劃主要算法 30
3.2 基於A*算法的船舶全局路徑規劃方法 32
3.3 面向無人航道測量的船舶A*算法路徑規劃方法 33
3.3.1 無人航道測量船路徑規划算法的提出 34
3.3.2 仿真對比 36
3.3.3 仿真結果分析 39
3.4 考慮多因素的船舶改進A*算法路徑規劃方法 41
3.4.1 風險建模 41
3.4.2 A*算法改進 45
3.4.3 仿真實例 52
參考文獻 57
第4章 船舶智慧型航行運動控制模型 60
4.1 船舶運動控制概述 60
4.2 船舶路徑跟蹤控制 61
4.2.1 控制 61
4.2.2 變結構（滑模）控制 62
4.2.3 反饋線性化 62
4.2.4 智慧型控制 63
4.2.5 Backstepping算法 64
4.2.6 模型預測控制 64
4.2.7 各種方法的優缺點分析 65
4.3 船舶路徑跟蹤自適應控制 66
4.3.1 系統辨識方法 67
4.3.2 視距導航算法 69
4.3.3 船舶運動狀態觀測器 69
4.4 船舶運動建模 71
4.4.1 船舶運動模型 71
4.4.2 環境干擾 78
4.4.3 模型不確定性 80
參考文獻 82
第5章 船舶智慧型航行軌跡跟蹤控制 90
5.1 船舶軌跡跟蹤控制原理 90
5.1.1 MPC基本原理 90
5.1.2 基於MPC的船舶軌跡跟蹤基本原理 91
5.2 基於線性MPC的船舶軌跡跟蹤控制 91
5.2.1 非線性狀態空間模型建立 91
5.2.2 模型線性化和離散化 92
5.2.3 約束條件設定 93
5.2.4 化問題 95
5.2.5 仿真實驗 96
5.3 基於非線性MPC的船舶軌跡跟蹤控制 104
5.3.1 模型離散化 104
5.3.2 約束條件設定 105
5.3.3 化問題 106
5.3.4 仿真實驗 106
5.4 基於MPC與基於滑模控制的船舶軌跡跟蹤對比 108
5.4.1 基於滑模控制的軌跡跟蹤控制方法 108
5.4.2 仿真實驗對比 109
參考文獻 110
第6章 船舶智慧型航行路徑跟隨控制 111
6.1 船舶路徑跟隨控制原理 111
6.2 船舶自適應LOS導航 112
6.2.1 LOS基本原理 112
6.2.2 自適應LOS導航算法 115
6.3 船舶路徑跟隨控制 116
6.3.1 回響型模型 116
6.3.2 船舶路徑跟隨控制模型 117
6.4 基於自適應LOS和MPC的船舶路徑跟隨控制 117
6.5 基於自適應LOS的船舶路徑跟隨仿真實驗 119
6.5.1 仿真參數設計 119
6.5.2 自適應LOS參數整定 120
6.5.3 自適應LOS與傳統LOS的路徑跟隨效果對比 121
6.5.4 無干擾情況下基於自適應LOS和MPC的路徑跟隨控制 122
6.5.5 基於MPC與基於Backstepping的路徑跟隨對比 123
6.5.6 干擾情況下基於自適應LOS和MPC的路徑跟隨控制 126
參考文獻 130
第7章 考慮不確定性的船舶智慧型航行路徑跟隨控制 131
7.1 基於傳統LS-SVM的運動模型參數辨識方法 131
7.1.1 基於傳統LS-SVM的函式估計方法 132
7.1.2 基於傳統LS-SVM的船舶路徑跟隨參數辨識方法 134
7.2 基於λ-LS-SVM的船舶運動模型線上參數辨識方法 136
7.2.1 基於滑動數據視窗的線上辨識方法 136
7.2.2 模型變化指數設計 137
7.2.3 輸入持續激勵方法 138
7.2.4 基於λ-LS-SVM的船舶運動模型線上辨識算法 138
7.3 基於λ-LS-SVM和MPC的船舶自適應路徑跟隨控制 139
7.4 仿真實驗 141
7.4.1 場景1：機構老化引起的參數改變 141
7.4.2 場景2：水流等引起的參數改變 142
7.4.3 場景3：船舶操縱性的改變 144
7.4.4 仿真結果及分析 146
參考文獻 147
第8章 基於擴張狀態觀測器的船舶智慧型航行路徑跟隨控制 148
8.1 通用ESO 148
8.1.1 ESO的提出 148
8.1.2 通用ESO觀測器的提出 150
8.2 補償ESO 152
8.2.1 連續補償擴張狀態觀測器 152
8.2.2 離散補償擴張狀態觀測器 154
8.3 基於離散補償ESO的MPC控制方法 155
8.3.1 方法的提出 155
8.3.2 穩定性分析 156
8.3.3 實例驗證 158
8.4 基於LEM控制方法的船舶路徑跟隨控制 165
8.4.1 基本原理 165
8.4.2 仿真實驗驗證 166
參考文獻 169
第9章 船舶編隊航行協同控制 170
9.1 船舶編隊航行控制研究進展 170
9.1.1 船舶編隊控制結構 170
9.1.2 船舶編隊運動模型 176
9.1.3 船舶編隊控制器 178
9.1.4 研究現狀與關鍵問題 180
9.2 船舶縱向航速協同控制方法 181
9.2.1 船舶的縱向動力模型 183
9.2.2 船舶航速跟馳建模 185
9.2.3 模型預測控制 187
9.2.4 仿真驗證 190
9.3 船舶編隊過閘控制方法 197
9.3.1 船舶編隊過閘控制研究背景 197
9.3.2 過閘船舶編隊控制結構 199
9.3.3 過閘船舶編隊控制方法 200
9.4 船舶編隊控制研究展望 204
參考文獻 205
第10章 船舶智慧型航行控制套用 212
10.1 感知-決策-控制一體化無人艇平台 212
10.1.1 實驗平台設計 212
10.1.2 算法與軟體實現 214
10.1.3 點雲目標識別實驗 215
10.1.4 路徑規劃實驗 217
10.2 船舶運動控制模型船平台 218
10.2.1 模型船運動控制實驗平台 219
10.2.2 平台算法實現 226
10.2.3 實驗驗證 230
10.3 船閘水域船舶編隊航行平台 242
10.3.1 概述 242
10.3.2 多船編隊過閘控制系統 242
參考文獻 253
編後記 254
