船舶智能操纵控制综述1.pdfVIP

船舶智能摄纵控制综述鲍其莲张炎华?悄芸刂聘攀?【上海交通托学导航与控制研究所上海???????船舶操纵的根本目的，一是安全性，二是经济’陛，要达到这两个操纵目的．要求船舶沿着预定的航线航行，因此船舶自动舵是保障航行安全性与经济性的关键。据有关研究资料显示，在所有的船舶事故中．约?％～?％的事故与船舶航行有关．主要原因是船舶航行的实际航线偏离了安全航线。以往的自动舵．无论是??婊故亲允视Χ妫?捎诙ㄎ坏己郊际醴?展水平的限制，基本上都是以航向控制为主．但由于风、浪、流等外界干扰的影响，以航向作为控制坐标有时无法保证船舶沿着预定航线航行。随着现代航运业的不断发展．水上交通的繁忙以及内河船舶的自动航行的提出，控制目标由航向控制进一步扩展到航迹控制。尽管关于航迹控制的文章很早就有发表。也开展了有关的研究，但是直到九十年代．??低车?研究取得成果并投入使用以及其它相关技术的发展完善，解决了诸如垒球范围全天候连续精确定位等关键问题，航迹控制技术得到大量的研究．进一步随着廉价的??邮栈?钠占耙?及差分??际醯耐乒悖?J际导视τ玫阶远?娌?返敝小６源?昂叫械木ǘ纫G蟮牟欢咸?高，对自动舵的控制方法也提出了新的要求，从采用传统的控制手段进一步发展为将控制理论与计算机技术的晟新成果引入自动舵的控制中，不断研制与开发新型自动舵。自适应舵经过了二十多年的研究和发展。自适应控制理论在船舶操纵中的应用。已经逐步走向成熟，在各种自适应操舵仪产品中得到广泛的应用。但无论是自校正自适应控制还是模型参考自适应控制，都是建立在受控对象为线性系统，且其阶数与时延己知的假设上的，而实际的船舶操纵过程却随船舶自身的工作状态?缭睾伞⒊运?疃取⒑剿俚?及航行环境?绾较摺⑺?睢⒎纭⒗恕⒘鞯?的不同而有很大的变化，是一个模型时变、非线性、大干扰的过程，所以应用传统的自适应控制不可避免地受到诸如鲁棒性等问题的困扰，从而影响了自适应舵的控制效果。为了解决上述问题，需要进一步开展对于船舶操舵控制新方法的研究，将新型控制技术引入自动舵的设计中，例如智能控制、变结构控制、鲁棒控制和神经网络控制等。在这些新算法的研究中，最引人注目的是智能控制在船舶操纵中的应用，智能控制方法在仿真研究和初步的海上试验中，显示出了许多独特的优越性。对于自适应舵的研究，从七十年代开始，?甁．???和?瓽．?????紫瘸晒Φ?进行了自适应舵的海试，并获得了令人鼓舞的试验结果，证明白适应舵具有与传统的???无法相比的优越性能，尤其是其具有的节能性能．对于时时可能面临的石油与能源危机．具在二十多年的发展历史中，对自适应舵的研究主要集中在应用传统的自适应控制技术．在这些自适应舵的设计中，把船舶操纵过程视为线性慢时变过程。即使是一些采用非线性模有非常重要的意义。擅耍随着对船舶航行要求的不断提高，船舶的自动舵系统已由??娣⒄沟阶允视Χ妫?刂颇?标也由航向控制逐步发展到航迹控制。自动舵的控制中不断引入新的控制方法如鲁棒控制、变结构控制等，井进一步向智能操舵系统发展．针对自动舵向智能舵的发展趋势．本文主要综述了包括模糊控制、神经舟络，遗传算法等智能技术及在船舶操纵控制中应用的研究现状．关?手悄芸刂谱远?娲?安僮?一?— 一?↖丁较，表明???攵鉇?啾龋?谝韵录父龇矫婢哂杏旁叫裕??鯨?哂薪峡斓氖樟残裕??型的控制器，包括模型参考自适应控制器的设计与非线性滑模控制，也是在船舶的操纵方程具有固定不变且确知的非线性项的基础上进行的。但随着对船舶营运要求的提高，如在航道狭窄、近岸航行咀及恶劣海况等条件下，船舶的操纵过程是一个复杂非线性时变过程，存在着不确定性。同时，随着新型船舶的出现，船舶的动态特性与动态范围日益变大，不能简单地将其处理为线性模型。因此，对于自适应舵的研制，已不能局限于采用传统的自适应控制方法，而应探索新的适用于非线性时变以及不确定、不确知的操纵过程的非线性自适应控制智能控制用计算机的控制算法模仿智能生物系统的某些特’性，智能控制系统的一个重要特征，就是具有学习能力，能够从过去的经历和周围环境中进行学习，能够从特殊事例中总结出一般性结论。困此，智能控制实现的是一个归纳系统．而不是简单的演绎系统???系统通过与所处环境进行交互．能够随时间改进其性能。学习控制系统的学习控制器通过向对象发出控制输入，并利用对象的反馈信息，具有改进闭环系统性能的能力，在很多领域中取得了令人振奋的成果。智能控制技术作为一种仿人智能的新型控制技术，在对于难以建模、不确定、非线性时变等系统的控制中取得了良好的控制效果．从而成为近年来控制理论的一个研究热点。将智能控制技术等方法引入自动舵的控制中，将有可能解决传统自适应控制所难咀解决的控制问题。目前国内外也有不少将智能控制应用于自动舵控制的研究的报道，主要的智能控制方法包括模糊控制、学习控制、神经网络控