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第1章 绪论1

1.1 船舶控制工程概述1

1.1.1 船舶横摇控制1

1.1.2 船舶航向控制2

1.1.3 船舶航向／横摇控制3

1.1.4 船舶航迹／航向控制5

1.1.5 船载三轴稳定平台姿态控制5

1.2 现代控制理论概述7

1.2.1 智能控制理论7

1.2.2 鲁棒控制理论13

1.2.3 抗饱和控制理论16

1.2.4 容错控制理论17

1.3 现代船舶控制工程概述18

1.4 全书结构内容安排20

第2章 船舶运动及海洋干扰建模22

2.1 引言22

2.2 参考坐标系22

2.3 船舶六自由度运动建模23

2.3.1 平移运动三方程23

2.3.2 旋转运动三方程24

2.3.3 空间六自由度一般方程25

2.4 船舶运动模型简化26

2.4.1 船舶四自由度耦合运动方程26

2.4.2 船舶水平面运动线性化模型26

2.4.3 方程右端诸项推导27

2.5 船舶运动模型参数的计算30

2.5.1 附加质量和附加惯性矩的估算30

2.5.2 耦合运动模型黏性水动力系数的估算31

2.5.3 线性模型黏性水动力系数的估算32

2.5.4 船舶耦合运动模型水动力系数计算结果33

2.5.5 船舶线性简化模型水动力系数计算结果33

2.6 海洋干扰建模34

2.6.1 海浪干扰建模34

2.6.2 海风干扰建模36

2.6.3 海流干扰建模37

2.7 小结37

第3章 船舶减摇鳍模糊控制38

3.1 引言38

3.2 基础知识38

3.2.1 模糊控制理论的发展38

3.2.2 模糊遗传算法优化理论39

3.2.3 模糊控制理论基础40

3.3 船舶减摇鳍遗传模糊PID复合控制40

3.3.1 遗传模糊PID复合控制器结构40

3.3.2 模糊控制器设计41

3.3.3 遗传模糊优化控制器设计46

3.3.4 遗传模糊PID复合控制器设计55

3.4 船舶减摇鳍控制系统仿真研究58

3.4.1 船舶减摇鳍PID控制仿真58

3.4.2 船舶减摇鳍GA-FC PID复合控制仿真62

3.4.3 船舶减摇鳍控制系统仿真分析67

3.5 小结70

第4章 船舶航向控制系统抗饱和控制72

4.1 引言72

4.2 基础知识72

4.2.1 Lyapunov稳定性72

4.2.2 吸引域估计73

4.2.3 L2增益74

4.2.4 凸集分析75

4.2.5 线性凸包法76

4.2.6 LMI与凸优化77

4.3 抗饱和控制算法79

4.3.1 问题描述79

4.3.2 控制器设计79

4.3.3 主要结果82

4.3.4 LMI优化求解83

4.4 船舶航向保持静态抗饱和控制84

4.4.1 船舶航向保持运动建模84

4.4.2 舵驱动系统建模85

4.4.3 船舶航向保持控制器设计86

4.4.4 系统仿真89

4.5 船舶航向转向抗饱和控制94

4.5.1 船舶航向转向运动建模94

4.5.2 船舶航向转向静态抗饱和控制94

4.5.3 船舶航向转向饱和有限时间控制98

4.5.4 系统仿真101

4.6 小结104

第5章 船舶航向／横摇鲁棒控制105

5.1 引言105

5.2 基础知识105

5.2.1 参数摄动系统的线性分式表示105

5.2.2 线性分式变换与参数摄动系统106

5.2.3 简单函数参数摄动系统的线性分式表示108

5.2.4 多项式函数参数摄动系统的线性分式表示110

5.2.5 有理函数参数摄动系统的线性分式表示118

5.3 船舶横摇H∞鲁棒控制121

5.3.1 H∞灵敏度极小化122

5.3.2 船舶横摇减摇与H∞灵敏度极小化123

5.3.3 控制器输出约束问题124

5.3.4 船舶横摇减摇系统H∞鲁棒控制器设计125

5.3.5 系统仿真131

5.4 船舶航向H∞鲁棒控制135

5.4.1 航向控制系统H∞鲁棒控制与μ综合135

5.4.2 基于μ综合的航向控制系统H∞鲁棒控制器设计144

5.4.3 系统仿真152

5.5 船舶航向／横摇H∞鲁棒控制167

5.5.1 航向／横摇联合控制原理167

5.5.2 航向／横摇联合H∞控制的模型研究170

5.5.3 基于μ综合的航向／横摇联合H∞鲁棒控制器设计174

5.5.4 系统仿真191

5.6 小结210

第6章 船舶航迹／航向神经网络控制212

6.1 引言212

6.2 基础知识212

6.2.1 神经网络研究进展212

6.2.2 模糊神经网络的分类214

6.2.3 神经网络与模糊逻辑融合215

6.3 模糊神经网络控制器研究217

6.3.1 模糊神经网络控制器的设计217

6.3.2 模糊神经网络控制器的优化218

6.4 免疫遗传模糊神经网络研究219

6.4.1 遗传算法理论分析219

6.4.2 免疫模糊遗传算法研究230

6.5 船舶航迹／航向神经网络控制研究237

6.5.1 船舶航迹／航向控制过程分析237

6.5.2 船舶航迹／航向神经网络控制器结构设计240

6.5.3 基于免疫模糊遗传算法的优化设计242

6.5.4 船舶航迹／航向神经网络控制系统仿真243

6.6 小结250

第7章 船舶舵／翼舵-鳍／翼鳍联合智能控制251

7.1 引言251

7.2 舵／翼舵水动力特性建模251

7.2.1 舵／翼舵水动力系数回归模型252

7.2.2 回归模型参数估计253

7.2.3 回归模型显著性检验262

7.3 鳍／翼鳍水动力特性建模264

7.3.1 鳍／翼鳍水动力系数回归模型264

7.3.2 回归模型参数估计264

7.3.3 回归模型显著性检验272

7.4 系统驱动能量方程272

7.4.1 舵／翼舵驱动能量方程建立272

7.4.2 鳍／翼鳍驱动能量方程建立274

7.5 舵角／翼舵角智能决策器277

7.5.1 舵角／翼舵角分配规则研究277

7.5.2 舵角／翼舵角分配规则的遗传算法实现278

7.6 鳍角／翼鳍角智能决策器283

7.6.1 鳍角／翼鳍角分配规则研究284

7.6.2 鳍角／翼鳍角分配规则的遗传算法实现284

7.7 航向／横摇-舵／翼舵-鳍／翼鳍联合鲁棒控制286

7.7.1 基于H2／H∞控制的航向／横摇鲁棒调节器研究286

7.7.2 基于μ理论的航向／横摇鲁棒调节器研究291

7.7.3 系统仿真296

7.8 小结303

第8章 船舶航向及机炉协调支持向量机复合控制304

8.1 引言304

8.2 基础知识305

8.2.1 支持向量机基础知识305

8.2.2 在线式支持向量机算法308

8.2.3 支持向量机的参数选择320

8.3 船舶航向鲁棒最小二乘支持向量机控制329

8.3.1 鲁棒支持向量机控制器设计329

8.3.2 船舶航向鲁棒最小二乘支持向量机控制系统仿真333

8.4 船舶机炉支持向量机协调智能控制342

8.4.1 支持向量机复合智能控制器设计342

8.4.2 船舶机炉支持向量机协调智能控制系统仿真346

8.5 小结367

第9章 船舶航行控制系统故障在线智能预报369

9.1 引言369

9.2 基础知识369

9.2.1 支持向量机回归算法369

9.2.2 支持向量机回归算法预报能力分析373

9.2.3 支持向量机回归算法在故障预报中的应用376

9.3 船舶航行控制系统故障建模379

9.3.1 船舶航行控制系统故障模式及原因分析379

9.3.2 船舶航行控制系统故障树构建381

9.3.3 船舶航行控制系统故障建模390

9.4 故障预报并行优化技术研究398

9.4.1 改进人工鱼群算法398

9.4.2 优化模型的建立404

9.5 支持向量机算法性能多目标优化研究413

9.5.1 支持向量机算法性能评价指标414

9.5.2 支持向量机算法性能的多目标优化414

9.5.3 基于免疫鱼群算法的支持向量机算法性能多目标优化422

9.6 船舶航行控制系统故障在线组合预报研究429

9.6.1 组合预报的基本原理及方法430

9.6.2 船舶航行控制系统故障组合预报模型建立431

9.6.3 基于小波网络的组合预报模型中最优权系数的确定434

9.6.4 船舶航行控制系统故障组合预报仿真438

9.6.5 可视化船舶航行控制系统故障在线预报452

9.7 小结456

第10章 船载三轴稳定平台姿态控制458

10.1 引言458

10.2 基础知识458

10.2.1 非线性系统理论基础458

10.2.2 Lyapunov稳定性理论459

10.2.3 微分几何理论基础460

10.2.4 干扰解耦问题463

10.3 船载三轴稳定平台动力学建模研究464

10.3.1 船载三轴稳定平台坐标系的定义与坐标变换464

10.3.2 动量与动量矩定理469

10.3.3 各框架旋转运动方程的建立471

10.3.4 船载三轴稳定平台运动方程的展开形式478

10.3.5 模型仿真研究479

10.4 船载三轴稳定平台动力学特性分析与模型简化482

10.4.1 三轴稳定平台动力学特性分析482

10.4.2 模型简化研究486

10.5 船载三轴稳定平台可测干扰解耦研究496

10.5.1 多变量非线性系统的反馈线性化496

10.5.2 非线性系统可量测干扰解耦498

10.5.3 不确定非线性系统的鲁棒干扰解耦503

10.5.4 船载三轴稳定平台可测干扰解耦506

10.6 船载三轴稳定平台鲁棒输出跟踪控制512

10.6.1 输出跟踪与参数化误差动态方程513

10.6.2 具有可调参数的不确定非线性系统的鲁棒输出跟踪控制514

10.6.3 船载三轴稳定平台鲁棒输出跟踪控制519

10.7 小结526

第11章 船舶航迹／航向解析容错控制528

11.1 引言528

11.2 基础知识528

11.3 船舶航向控制系统故障描述530

11.3.1 执行器类故障数学描述531

11.3.2 传感器类故障数学描述531

11.3.3 系统两类故障统一数学模型532

11.4 鲁棒容错控制研究532

11.4.1 基于Lyapunov的鲁棒容错控制研究533

11.4.2 故障工况下船桨舵水动力系数分析535

11.4.3 船舶故障工况下鲁棒容错控制器设计548

11.5 重构容错控制研究554

11.5.1 智能故障诊断技术研究554

11.5.2 重构容错控制技术564

11.5.3 传感器重构容错控制研究565

11.5.4 执行器重构容错控制研究574

11.6 船舶航迹／航向容错控制系统580

11.6.1 分步容错控制策略思想580

11.6.2 大型船舶航迹／航向容错控制系统研究580

11.6.3 大型船舶航迹／航向智能容错控制系统仿真581

11.6.4 仿真结果分析586

11.7 小结586

参考文献587