潜艇航向神经网络控制系统研究

论文题目: 潜艇航向神经网络控制系统研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 控制理论与控制工程

作者: 张荣瀚

导师: 刘胜

关键词: 潜艇航向,神经网络,自适应控制

文献来源: 哈尔滨工程大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着现代航运事业的发展和现代海战的需求，简单的航向控制系统已被应用现代控制理论和微机控制的航向控制系统所取代。本文对航向控制系统进行了定量分析和研究，并给出了基于自适应神经网络PID算法的航向控制系统。首先，介绍了航向自动操舵仪的结构的主要组成部分，研究了船舶常用的两种坐标系以及它们之间的旋转变换关系，潜艇空间运动的一般方程和潜艇受力情况，得到潜艇空间六自由度运动方程，为了研究的方便，我们直接采用潜艇空间标准操纵运动模型，包括轴向方程、横向方程、垂向方程、横倾方程、纵倾方程和偏航方程。针对航向控制的需要，进一步简化得到航向运动的一般方程，并对其稳定性进行了分析。其次，介绍了神经网络的发展历史和现状，给出了经典增量式PID控制算法，研究了单神经元自适应PID控制系统的组成和算法，推导出了基于神经网络的自适应PID控制算法的推导公式和计算步骤，并给出了改进的算法。最后，分析了航向控制系统的评价指标，潜艇航向控制系统的动态品质分析，包括潜艇航向控制系统作用下航向稳定性和干扰作用下的航向误差分析、潜艇航向控制系统的静态指标分析等。神经网络PID控制算法应用于潜艇航向控制系统，潜艇运动模型采用K-T方程，神经网络的结构选4-5-3，使用神经网络的自适应PID控制算法用于整定自适应参数，设计出了潜艇航向神经网络控制系统，而且进行了潜艇航向神经网络控制系统仿真，给出了仿真曲线和仿真结果分析。

论文目录:

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 航向控制系统的起源、发展

1.2 潜艇航向控制系统的应用

1.3 神经网络控制在潜艇航向控制系统应用

1.4 本文的主要工作

第2章 潜艇航向控制系统的结构设计

2.1 航向控制系统的组成

2.2 主要部件及工作原理

2.2.1 操纵台

2.2.2 副操纵台

2.2.3 运算方大器

2.2.4 舵机及控制机构

2.2.5 方向舵反馈机构

2.2.6 其他

2.3 本章小结

第3章 潜艇航向运动的数学模型

3.1 引言

3.2 坐标系定义

3.2.1 两种坐标系

3.2.2 刚体动量和动量矩的导数在两种坐标系中的转换关系

3.2.3 两种坐标系之间的旋转变换关系

3.3 潜艇空间运动六自由度模型

3.3.1 潜艇空间运动一般方程

3.3.2 艇体受力的数学表示

3.3.3 潜艇六自由度空间运动方程

3.4 模型的简化及几种典型形式

3.4.1 潜艇空间操纵运动标准模型

3.4.2 潜艇航向运动模型

3.4.3 潜艇航向运动的稳定性

3.4.4 潜艇定常回转运动的稳定性

3.4.5 造成潜艇偏航的干扰

3.5 本章小结

第4章 神经网络PID控制规律研究

4.1 PID控制器

4.2 神经网络控制

4.3 神经网络自适应PID控制

4.3.1 单神经元自适应PID控制

4.3.2 神经网络PID控制算法

4.3.3 控制算法的改进

4.4 本章小结

第5章 潜艇航向神经网络控制系统研究与仿真

5.1 潜艇航向控制系统

5.1.1 潜艇航向控制系统工作原理

5.1.2 潜艇航向控制系统的设计输入

5.1.3 航向控制系统的评价指标

5.2 潜艇航向控制系统的动态品质分析

5.2.1 潜艇航向控制系统作用下航向稳定性

5.2.2 干扰作用下的航向误差分析

5.3 潜艇航向控制系统的静态指标分析

5.3.1 潜艇航向控制系统的结构

5.3.2 各环节的传递关系及误差

5.3.3 系统灵敏度

5.3.3 随动操舵系统稳定性及过渡过程品质分析

5.3.4 控制品质的判别

5.4 潜艇航向神经网络控制系统设计与仿真

5.4.1 潜艇航向神经网络控制系统设计

5.4.2 潜艇航向神经网络控制系统仿真

5.4.3 仿真结果分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

个人简历

发布时间: 2007-08-21

参考文献

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• [3].潜艇悬停控制试验系统研究[D]. 赵秀娟.华中科技大学2009
• [4].潜艇悬停控制试试系统研究[D]. 赵秀娟.华中科技大学2009
• [5].水下机器人在潜艇附近运动时的水动力计算[D]. 王飞.哈尔滨工程大学2003
• [6].多源探测数据建模及信息处理研究[D]. 丁鑫同.北京理工大学2015
• [7].图像与声纳信号融合在潜艇自主导航中的应用研究[D]. 杜芸强.华南理工大学2011
• [8].人形机器人的电子罗盘航向估计[D]. 于春晓.重庆大学2010
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• [10].基于复合传感器的航向姿态测量技术研究[D]. 刘真谛.沈阳理工大学2015

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