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刘胜 著

图书标签:

• 船舶控制
• 现代控制工程
• 自动控制
• 航海工程
• 电气工程
• 系统工程
• 船舶工程
• 控制系统
• 建模与仿真
• 智能控制

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030290946

版次：1

商品编码：10321391

包装：平装

出版时间：2010-09-26

页数：612

内容简介

船舶运动控制系统及海洋干扰建模、船舶减摇鳍模糊控制、船舶航向抗饱和控制、船舶航向/横摇鲁棒控制、船舶航向/航迹神经网络控制、船舶舵/翼舵-鳍/翼鳍联合控制、船舶支持向量机复合控制、船舶航向控制系统故障预报、船舶舰载设备三轴稳定平台控制和海洋潜器全方位推进器控制等内容。

目录

前言
第1章 绪论
1.1 船舶控制工程概述
1.1.1 船舶横摇控制
1.1.2 船舶航向控制
1.1.3 船舶航向／横摇控制
1.1.4 船舶航迹／航向控制
1.1.5 船载三轴稳定平台姿态控制
1.2 现代控制理论概述
1.2.1 智能控制理论
1.2.2 鲁棒控制理论
1.2.3 抗饱和控制理论
1.2.4 容错控制理论
1.3 现代船舶控制工程概述
1.4 全书结构内容安排

第2章 船舶运动及海洋干扰建模
2.1 引言
2.2 参考坐标系
2.3 船舶六自由度运动建模
2.3.1 平移运动三方程
2.3.2 旋转运动三方程
2.3.3 空间六自由度一般方程
2.4 船舶运动模型简化
2.4.1 船舶四自由度耦合运动方程
2.4.2 船舶水平面运动线性化模型
2.4.3 方程右端诸项推导
2.5 船舶运动模型参数的计算
2.5.1 附加质量和附加惯性矩的估算
2.5.2 耦合运动模型黏性水动力系数的估算
2.5.3 线性模型黏性水动力系数的估算
2.5.4 船舶耦合运动模型水动力系数计算结果
2.5.5 船舶线性简化模型水动力系数计算结果
2.6 海洋干扰建模
2.6.1 海浪干扰建模
2.6.2 海风干扰建模
2.6.3 海流干扰建模
2.7 小结

第3章 船舶减摇鳍模糊控制
3.1 引言
3.2 基础知识
3.2.1 模糊控制理论的发展
3.2.2 模糊遗传算法优化理论
3.2.3 模糊控制理论基础
3.3 船舶减摇鳍遗传模糊PID复合控制
3.3.1 遗传模糊PID复合控制器结构
3.3.2 模糊控制器设计
3.3.3 遗传模糊优化控制器设计
3.3.4 遗传模糊PID复合控制器设计
3.4 船舶减摇鳍控制系统仿真研究
3.4.1 船舶减摇鳍PID控制仿真
3.4.2 船舶减摇鳍GA-FCPID复合控制仿真
3.4.3 船舶减摇鳍控制系统仿真分析
3.5 小结

第4章 船舶航向控制系统抗饱和控制
4.1 引言
4.2 基础知识
4.2.1 Lyapunov稳定性
4.2.2 吸引域估计
4.2.3 L2增益
4.2.4 凸集分析
4.2.5 线性凸包法
4.2.6 LMI与凸优化
4.3 抗饱和控制算法
4.3.1 问题描述
4.3.2 控制器设计
4.3.3 主要结果
4.3.4 LMI优化求解
4.4 船舶航向保持静态抗饱和控制
4.4.1 船舶航向保持运动建模
4.4.2 舵驱动系统建模
4.4.3 船舶航向保持控制器设计
4.4.4 系统仿真
4.5 船舶航向转向抗饱和控制
4.5.1 船舶航向转向运动建模
4.5.2 船舶航向转向静态抗饱和控制
4.5.3 船舶航向转向饱和有限时间控制
4.5.4 系统仿真
4.6 小结

第5章 船舶航向／横摇鲁棒控制
5.1 引言
5.2 基础知识
5.2.1 参数摄动系统的线性分式表示
5.2.2 线性分式变换与参数摄动系统
5.2.3 简单函数参数摄动系统的线性分式表示
5.2.4 多项式函数参数摄动系统的线性分式表示
5.2.5 有理函数参数摄动系统的线性分式表示
5.3 船舶横摇H00鲁棒控制
5.3.1 H00灵敏度极小化
5.3.2 船舶横摇减摇与H00灵敏度极小化
5.3.3 控制器输出约束问题
5.3.4 船舶横摇减摇系统H00鲁棒控制器设计
5：3.5 系统仿真
5.4 船舶航向H00鲁棒控制
5.4.1 航向控制系统H00鲁棒控制与u综合
5.4.2 基于u综合的航向控制系统H00鲁棒控制器设计
5.4.3 系统仿真
5.5 船舶航向／横摇H00鲁棒控制
5.5.1 航向／横摇联合控制原理
5.5.2 航向／横摇联合H00控制的模型研究
5.5.3 基于u综合的航向／横摇联合H00鲁棒控制器设计
5.5.4 系统仿真
5.6 小结

第6章 船舶航迹／航向神经网络控制
6.1 引言
6.2 基础知识
6.2.1 神经网络研究进展
6.2.2 模糊神经网络的分类
6.2.3 神经网络与模糊逻辑融合
6.3 模糊神经网络控制器研究
6.3.1 模糊神经网络控制器的设计
6.3.2 模糊神经网络控制器的优化
6.4 免疫遗传模糊神经网络研究
6.4.1 遗传算法理论分析
6.4.2 免疫模糊遗传算法研究
6.5 船舶航迹／航向神经网络控制研究
6.5.1 船舶航迹／航向控制过程分析
6.5.2 船舶航迹／航向神经网络控制器结构设计
6.5.3 基于免疫模糊遗传算法的优化设计
6.5.4 船舶航迹／航向神经网络控制系统仿真
6.6 小结

第7章 船舶舵／翼舵一鳍／翼鳍联合智能控制
7.1 引言
7.2 舵／翼舵水动力特性建模
7.2.1 舵／翼舵水动力系数回归模型
7.2.2 回归模型参数估计
7.2.3 回归模型显著性检验
7.3 鳍／翼鳍水动力特性建模
7.3.1 鳍／翼鳍水动力系数回归模型
7.3.2 回归模型参数估计
7.3.3 回归模型显著性检验
7.4 系统驱动能量方程
7.4.1 舵／翼舵驱动能量方程建立
7.4.2 鳍／翼鳍驱动能量方程建立
7.5 舵角／翼舵角智能决策器
7.5.1 舵角／翼舵角分配规则研究

第8章 船舶航向及机炉协调支持向量机复合控制
第9章 船舶航行控制系统故障在线智能预报
第10章 船载三轴稳定平台姿态控制
第11章 船舶航迹／航向解析容错控制
参考文献

前言/序言

《舰船动力推进系统设计与优化》 内容简介 《舰船动力推进系统设计与优化》一书，旨在为船舶工程领域的专业人士、研究人员以及对舰船动力系统有着深入了解需求的读者，提供一套系统、全面且兼具前沿性的理论框架与实践指导。本书紧密围绕现代舰船核心的动力推进系统展开，从基础原理到前沿技术，从设计方法到运行优化，进行逐一剖析，力求展现该领域最核心的知识体系与发展趋势。 本书的撰写，并非仅仅是对现有技术知识的堆砌，而是力图构建一种融汇贯通的思维模式，帮助读者理解动力推进系统作为舰船“心脏”的复杂性与重要性。我们深入探讨了不同类型船舶对动力推进系统的特殊需求，例如，商船侧重于燃油经济性与可靠性，军用舰船则更关注功率密度、静音性、机动性以及应对复杂作战环境的能力。因此，本书在内容编排上，既遵循了动力推进系统的通用设计原则，又兼顾了不同应用场景下的差异化需求，力求使读者能够触类旁通，掌握针对特定船舶类型进行动力系统设计的关键要素。 第一部分：动力推进系统基础理论与组成 本书的开篇，将引领读者进入动力推进系统的基础世界。我们详细阐述了推进系统的基本功能，即产生推力以克服水动力阻力，实现船舶的运动。在此基础上，深入剖析了构成动力推进系统的核心部件及其工作原理。 1. 动力能源与主机系统： 详细介绍了各类舰船动力源，包括但不限于内燃机（柴油机、燃气轮机）、蒸汽轮机、核动力装置以及近年来崭露头角的电力推进系统。对于每种动力源，本书都将对其热力学循环、能量转化效率、功率特性、燃油消耗率（或能量消耗率）、排放特性、尺寸与重量、可靠性、维护性以及技术成熟度等关键参数进行深入分析和比较。特别是在内燃机部分，我们将区分不同缸径、冲程、增压方式以及燃油类型对主机性能的影响。对于燃气轮机，将重点讲解其在船舶上的应用优势，如高功率密度、快速响应能力以及与电机的结合优势。核动力部分，虽然篇幅有限，但将概述其基本原理、安全性以及在特定舰船上的应用前景。 2. 传动系统： 深入探讨了动力能源与螺旋桨之间能量传递的各种传动方式。这包括传统的机械传动（齿轮箱、联轴器、轴系），以及现代化的液力传动、电力传动（直流、交流、混合式）。本书将详细分析各种传动方式的效率、可靠性、成本、体积、重量以及对船舶操纵性的影响。在机械传动部分，将重点介绍齿轮箱的设计原则，包括速比计算、承载能力、润滑与冷却系统。在电力推进部分，将详细讲解发电机、电动机、变频器、整流器等关键电力设备的原理及在船舶上的应用。 3. 推进装置： 这是动力推进系统的终端执行部件。本书将系统介绍各类推进装置，包括固定螺距螺旋桨（FPP）、可调螺距螺旋桨（CPP）、喷水推进器、荚式推进器（Azimuthing Thruster）、明轮等。对于螺旋桨，将深入讲解其基本的水动力学原理，如翼型理论、空蚀现象、诱导阻力等，以及设计影响因素，如桨叶数目、直径、螺距、盘面比、展弦比等。同时，也将探讨不同类型螺旋桨的性能特点、适用范围以及在恶劣海况下的工作表现。喷水推进器和荚式推进器的出现，为船舶提供了更高的机动性和更浅的吃水，本书将对其工作原理、结构特点、效率以及在特种船舶上的应用优势进行详细解读。 第二部分：舰船动力推进系统设计方法与性能分析 在掌握了基础理论后，本书将引导读者进入系统设计与性能分析的实操层面。 1. 总体布置与选型： 详细阐述了动力推进系统的总体布置原则，包括主机位置、轴系走向、辅机配置、管路敷设等。这些布置直接影响到船舶的重心、稳性、空间利用率以及维护便利性。本书将提供一系列的布置方案范例，并分析其优劣。同时，也将提供系统性的选型方法，指导读者根据船舶的航行性能要求、作业特性、经济性指标以及舰船的总体设计约束，科学合理地选择主机的类型、功率等级、传动方式以及推进装置。 2. 性能参数的计算与评估： 详细介绍了一系列关键性能参数的计算方法，包括： 航速性能计算： 基于船舶阻力模型和推进装置效率，计算船舶在不同工况下的航速。 推力计算与螺旋桨性能校核： 运用水动力学公式，计算所需推力，并对选定的螺旋桨进行效率、空蚀裕度、声功率等性能指标的校核。 燃油消耗率（或能量消耗率）估算： 基于主机特性和船舶航行工况，估算船舶的经济性指标。 机动性指标分析： 如起动性、加速性、减速性、回转性等，这些指标对于船舶的操纵安全和作业效率至关重要。 可靠性与寿命预测： 介绍基于故障模式与影响分析（FMEA）、故障树分析（FTA）等方法，对动力推进系统的可靠性进行评估，并预测其使用寿命。 3. 仿真模拟与优化： 随着计算技术的发展，仿真模拟已成为动力推进系统设计的重要工具。本书将介绍常用的动力推进系统仿真软件平台和建模技术。通过详细的算例，展示如何利用仿真技术对系统设计方案进行优化，例如，优化主机负荷分配以降低油耗，优化螺旋桨参数以提高效率，以及模拟不同工况下的系统响应特性。 第三部分：现代舰船动力推进系统的前沿技术与发展趋势 本书的最后部分，将着眼于行业未来，探讨最新的技术进展和发展方向。 1. 电力推进技术： 详细介绍集成发电-推进系统（iPS）、混合推进系统、全电力系统（EPS）等概念。分析其在提高系统灵活性、可靠性、降低噪音和振动、提升操纵性能等方面的优势。重点介绍永磁同步电机、功率变换器、能量存储系统（如超级电容、电池）等关键电力电子技术在船舶上的应用。 2. 新能源与绿色动力： 关注可持续发展，探讨LNG、甲醇、氢燃料电池等新型清洁能源在船舶动力系统中的应用潜力。分析这些新能源的优点、挑战以及相应的技术路线。例如，详细讲解氢燃料电池的工作原理、堆类型、系统集成以及安全性问题。 3. 智能控制与监测： 探讨应用人工智能、大数据分析、物联网技术对动力推进系统进行智能化监控、故障诊断与预测性维护。介绍智能控制算法在优化主机运行工况、降低能耗、提高系统稳定性和自动化水平方面的应用。 4. 先进推进技术： 介绍新型推进装置，如涵道桨、导流罩螺旋桨、矢量推进器等，以及其在提高效率、降低噪音、增强操纵性方面的潜在优势。 本书特色 体系完整： 从基础原理到前沿技术，覆盖动力推进系统的各个层面。 理论与实践结合： 既有严谨的理论推导，也有贴合实际的工程案例分析。 前瞻性强： 关注行业最新技术动态，为读者提供未来发展方向的指引。 易于理解： 采用清晰的逻辑结构和通俗易懂的语言，力求使不同背景的读者都能有所收获。 《舰船动力推进系统设计与优化》一书，不仅是船舶工程领域的一部重要参考著作，更是引导读者深入理解和掌握现代舰船动力推进系统精髓的宝贵工具。通过本书的学习，读者将能够更深刻地理解船舶动力推进系统的复杂性，掌握科学的设计方法，并对未来的技术发展趋势有清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

我一直对海洋有着莫名的情愫，尤其是那些在大洋上航行的庞然大物，它们如何能够如此精准地操控，始终是我好奇的焦点。这本书，虽然标题直指“现代船舶控制工程”，但它所描绘的世界远比我想象的要广阔和迷人。书中关于船舶稳定性与操纵性的章节，让我对船舶在不同海况下的表现有了全新的理解。作者通过对各种影响因素的细致分析，例如风浪流的干扰，以及船体结构和推进装置的协同作用，阐释了如何通过精密的控制系统来维持船舶的稳定航行。更让我印象深刻的是，书中并没有回避技术难题，而是直面挑战，探讨了在极端环境下，控制工程师们所面临的困境以及他们是如何运用创新思维来克服的。这种深入骨髓的探索精神，让我对这个行业中的技术人员充满了敬意。而且，书中还穿插了一些关于船舶历史上的经典事故分析，这些案例的引入，不仅增加了阅读的趣味性，也深刻地说明了可靠的控制系统对于船舶安全的重要性。总而言之，这是一本能够激发你对海洋工程产生浓厚兴趣的佳作。

评分☆☆☆☆☆

当我翻开这本书时，脑海中浮现的画面是冰冷的技术图纸和枯燥的公式。然而，这本书所呈现的内容，却远远超出了我的预期，它如同一次精心策划的海洋探险，让我对“现代船舶控制工程”有了全新的认知。书中对于船舶动力系统与控制系统的交互作用的描述，生动形象，令人印象深刻。作者并没有仅仅停留在理论层面，而是通过对不同工况下发动机响应、螺旋桨效率以及舵效进行详细的分析，向读者展示了如何通过精密的控制来优化船舶的整体性能。我尤为欣赏的是，书中对船舶在不同海况下的性能表现进行了深入的剖析，并阐述了控制系统如何动态调整以应对恶劣天气，确保航行安全。这种严谨的科学态度和对细节的极致追求，让我对这本书的专业性和深度深感钦佩。它不仅仅是一本技术读物，更是一部关于人类如何运用智慧征服海洋的史诗。它让我对船舶的未来充满了憧憬，也让我更加理解了工程领域所蕴含的巨大潜能。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让我大开眼界，原本以为“现代船舶控制工程”听起来会像一本枯燥的技术手册，但读完后，我完全被它丰富的内涵和引人入胜的叙述方式所折服。书中的内容，虽然披着“工程”的外衣，却巧妙地将复杂的理论概念融入了生动具体的案例分析之中。作者在描述船舶动力推进系统的控制逻辑时，没有简单地罗列公式和图表，而是通过模拟真实航行场景，比如在恶劣海况下的姿态调整、以及精准的泊港操作，让我们仿佛身临其境。我特别喜欢其中关于船舶节能减排技术的探讨，它不仅仅停留在理论层面，还深入分析了不同控制策略对燃油效率的影响，并给出了切实可行的优化建议。此外，书中对自动驾驶和智能化船舶的展望也极具前瞻性，让我对未来船舶行业的发展充满了期待。即使是完全没有接触过船舶工程的朋友，也能在阅读过程中逐步建立起对这一领域的清晰认识，并感受到其中蕴含的智慧和魅力。作者的文笔流畅，逻辑清晰，能够将一个相对专业的领域阐释得如此通俗易懂，实属不易。这本书无疑为我打开了一扇通往船舶世界的大门。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样的非专业读者来说，理解“现代船舶控制工程”这样一本专业性极强的书籍，原本是一项艰巨的任务。但这本书却让我惊喜地发现，原来科学的魅力可以如此贴近生活，如此引人入胜。书中关于船舶通信与导航系统的介绍，让我对船舶是如何实现精确的定位和远距离通信有了初步的认识。作者并没有用晦涩的术语堆砌，而是通过类比和图示，将复杂的雷达、GPS、AIS等系统的工作原理讲得明明白白。特别让我感到有趣的是，书中还讲述了这些系统在实际航行中遇到的各种挑战，比如信号干扰、环境噪声等，以及控制系统是如何应对这些干扰，保证信息传输的准确性和可靠性的。这种从理论到实践，再到应对实际问题的过程，让我对船舶工程师的工作有了更深的理解和敬意。这本书让我意识到，每一个现代化的船舶背后，都蕴含着无数工程师的智慧和心血，他们的努力让航行变得更加安全、高效和便捷。

评分☆☆☆☆☆

老实说，拿到这本书的时候，我并没有抱太高的期望，因为“控制工程”听起来总是那么遥远且充满公式。然而，事实证明我的担忧是多余的。作者以一种极为人性化的方式，将“现代船舶控制工程”这个主题变得触手可及。我被书中对船舶动态响应的描述深深吸引，尤其是当它将抽象的数学模型转化为直观的物理现象时。例如，书中对船舶转向时产生的离心力和恢复力的解释，以及如何通过调整舵角和推进器来实现精确的转向，简直像是在为我进行一次生动的手把手教学。更令人惊喜的是，书中还探讨了如何将人工智能和大数据技术应用于船舶的航线优化和状态监测，这让我看到了传统工程领域与前沿科技的完美融合。这些内容不仅仅是理论上的探讨，更是对未来船舶运行模式的设想，充满了想象空间。阅读过程中，我多次被作者的洞察力所折服，他能够将看似独立的工程模块，整合为一个有机的整体，并清晰地展现其内在的逻辑关系。这本书，无疑是为那些渴望了解船舶背后“大脑”运作机制的读者量身打造的。

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