具体描述
当前船舶运动控制研究面临的主要问题在于船舶动态的不确定性、随机的环境干扰以及量测信息的不精确性，传统控制策略的效果不能令人满意。神经网络控制(NNC)、模糊控制(FLC)、混合智能控制(HIC)、H∞鲁棒控制(HIRC)及非线性控制(NC)，为解决上述问题、设计高水平的船舶运动控制器提供了新的契机。
本书系统深入地总结了近20年来国内外学者将NNC、FLC、HIC、HIRC、NC应用于船舶运动控制所取得的主要成果，其严谨的论述利于有兴趣的读者尽快地触及学科的前沿问题。书中融人了笔者对船舶运动科学的一系列思考所得和研究设计范例，从而使本书有可能避免泛泛空谈的弊端，其个性化的笔触给予读者以平等交谈的亲切感。
本书共分7章：绪论，船舶运动数学模型，神经网络控制，模糊控制，混合智能控制，H∞鲁棒控制，非线性控制。
本书可供交通信息工程及控制、航海科学与技术、轮机工程、船舶自动化、船舶设计与制造、控制理论与控制工程专业的硕士生、高年级本科生作为船舶运动控制课程的教材及教学参考书，对船舶运动控制器研究和设计人员有重要参考价值。
为方便将本书作为教材使用，根据每章的重点内容在每章的后面都编写了习题，可供学生复习和强化每章的知识点，也可供教师出考试卷参考。在书的最后给出了书中重点内容的实验编排及设计，每个实验的重点内容和程序都给出了提示，方便教师和学生使用。
作者简介
目录信息
第1章 绪论
1.1 船舶运动控制概述
1.2 船舶运动控制研究的基本问题
1.3 船舶运动控制策略
习题
第2章 船舶运动数学模型
2.1 引言
2.2 船舶平面运动的线性化数学模型
2.2.1 船舶平面运动的非线性模型和线性模型
2.2.2 状态空间型船舶平面运动数学模型
2.2.3 传递函数型的船舶运动数学模型
习题
第3章 神经网络控制
3.1 神经网络控制引论
3.1.1 人工神经元与人工神经网络
3.1.2 ANN的基本结构
3.1.3 ANN的学习方法
3.1.4 ANN的特点和优点
3.1.5 ANN的发展简史
3.2 MLP的BP训练方法
3.2.1 MLP的结构和前向算法
3.2.2 MLP的误差反向回传算法(BP算法)
3.2.3有关BP算法的一些问题
3.2.4 BP算法的一个简例
3.3 神经网络控制方案概述
3.3.1 监督控制
3.3.2 直接逆控制
3.3.3 间接控制
3.3.4 直接控制
3.3.5 内部模型控制
3.4 监督控制在船舶自动舵中的应用
3.5 直接控制应用于船舶自动舵
3.5.1 用于航向保持的SISO神经网络自动舵结构
3.5.2 直接控制式航向保持器NNC的训练方案
3.5.3 直接控制式航向保持器NNC的训练方法
3.5.4 直接控制NNC自动舵的仿真研究结果
3.6 内部模型控制应用于船舶自动舵
3.6.1 航向保持环
3.6.2 转向控制器
习题
第4章 模糊控制
4.1 FLS概论
4.1.1人类思维的两种模式
4.1.2 模糊逻辑系统与模糊逻辑控制
4.1.3 FLS的发展简史
4.2 FLC基本原理
4.3 模糊规则的提取方法
4.3.1 基于直接匹配的模糊规则抽取方法
4.3.2 基于乘积空间聚类的模糊规则提取方法
4.4 FLC在船舶运动控制中的应用
习题
第5章 混合智能控制
5.1 混合智能控制系统引论
5.2 适应式混合智能系统.ANFIS及其在船舶控制领域的应用
5.2.1 ANFIS的神经网络结构
5.2.2 ANFIS的训练
5.2.3 ANFIS用于自动舵控制算法设计
5.2.4 ANF、IS系统小结
5.3 模糊自适应学习控制网络FALCON及其在船舶运动控制领域的应用
5.3.1 FALCON的结构
5.3.2 FAILCON的学习策略
5.3.3 FALCON的应用——船舶航向保持和航向改变的模糊自适应学习控制策略
5.4 遗传算法(GA)及其在船舶运动控制器优化中的应用
5.4.1 GA算法概述
5.4.2 遗传算法的进一步讨论
5.4.3 GA用于优化Fuzzy Autopilot参数之例
5.4.4 GA应用于神经网络训练
5.5 模拟退火算法及其在船舶运动控制器优化中的应用
5.5.1 SA算法的物理基础
5.5.2 SA算法
5.5.3 SA算法在船舶运动控制器优化中的应用
习题
第6章 H∞鲁棒控制
6.1 准备知识
6.2 H∞鲁棒控制理论概述
6.3 混合灵敏度算法
6.3.1 小增益理论
6.3.2 模型不确定性
6.3.3 H∞控制的混合灵敏度问题
6.3.4 H∞标准问题
6.4 回路成形算法
6.4.1 回路成形概念及其控制器的直接解法
6.4.2 回路成形Hoo控制算法
6.5 闭环增益成形控制算法
6.5.1 SIS0系统闭环增益成形控制算法
6.5.2 MIMO系统的闭环增益成形控制算法
6.5.3 PID控制器参数整定新方法
6.5.4 用镜像映射方法求非稳定过程的鲁棒控制器
6.5.5 非方阵被控对象闭环增益成形算法及其应用
6.6 μ分析
6.7 H∞鲁棒控制在船舶运动控制中的应用
6.7.1 混合灵敏度算法应用
6.7.2 一种变形的回路成形控制器及应用
6.7.3 闭环增益成形算法应用
6.7.4μ分析应用
习题
第7章 非线性控制
7.1 非线性控制理论发展概述
7.2 基于精确反馈线性化的非线性控制
7.2.1 非线性系统的基本概念
7.2.2 基于精确反馈线性化方法的船舶运动航向保持控制
7.3 基于Backstepping的非线性控制
7.3.1 Lvapunov理论
7.3.2 基于Backstepping方法的船舶运动航向保持控制
7.4 两种非线性PID控制器
7.4.1 基于精确反馈线性化和闭环增益成形算法的船舶航向PID控制器
7.4.2 由闭环增益成形算法构成的非线性鲁棒PID控制器
7.5 不对称信息理论
7.5.1 不对称信息理论
7.5.2 简化鲁棒控制算法增加信息传递量
7.5.3 改进舵机执行机构增加信息传递量
习题
参考文献
附录
实验1 计算船舶运动Nomoto数学模型
实验2 ANFIS用于自动舵控制算法设计
实验3 用GA优化模糊控制器及其应用
实验4 基于闭环增益成形的鲁棒PID算法及在液位控制中的应用
· · · · · · (收起)
读后感
用户评价
这本书的排版和图表质量也值得称赞，这对于一本技术专业书籍来说至关重要。很多涉及复杂运动轨迹和状态估计的章节，如果没有清晰的几何图形和仿真曲线来辅助说明，光靠文字描述简直是天书。然而，这本书在这方面做得非常出色，每一个关键的数学模型和控制框图都绘制得极其规范、清晰易懂。尤其是关于船舶横摇、纵摇、艏摇等六自由度运动解耦控制的讨论，图表的设计几乎是教科书级别的典范。它有效地帮助读者在脑海中构建起船舶在不同外部激励下的物理响应模型，这对于理解控制系统的作用至关重要。此外，书中对仿真工具的使用和结果展示也非常专业，让读者能直观地感受到不同控制策略在性能上的差异，这种视觉上的冲击力和说服力是文字难以替代的。
这本《船舶运动控制》读起来确实让人眼前一亮，它的叙述方式和内容的深度都远超我预期的教科书范畴。我之前接触过不少海洋工程领域的专业书籍，但大多侧重于理论推导或者纯粹的系统建模，读起来总觉得有些枯燥和脱离实际。这本书的厉害之处在于，它非常巧妙地将深奥的控制理论与船舶实际运行中的复杂工况结合起来。举个例子，书中对于船舶在极端海况下的动力学特性分析，不仅仅停留在理论公式上，而是结合了大量工程实例，比如在台风海域作业时，如何通过先进的控制算法来维持船体的稳定性和姿态。特别是关于自适应控制和鲁棒控制在船舶运动控制中的应用章节，作者的讲解深入浅出，即便是初次接触这些前沿控制方法的读者，也能抓住核心思想。书中对PID控制的改进和扩展，也展现了作者深厚的工程实践经验，远非传统教材的泛泛而谈可比。这种理论与实践紧密结合的写作风格，让阅读过程成了一种持续的学习和启发。
我得说，这本书在结构布局上的设计非常具有匠心，完全打破了我对传统技术手册的刻板印象。它的章节逻辑衔接得极其自然流畅，从船舶的运动学和动力学基础，逐步深入到各种控制器（如模糊控制、神经网络控制）的设计与实现，每一步都有清晰的理论铺垫和直观的图示辅助。最让我印象深刻的是，它没有回避复杂问题的讨论，而是坦诚地展示了实际工程中遇到的各种挑战，例如传感器噪声、执行器饱和等非理想因素对控制性能的影响，并给出了相应的解决方案和权衡分析。这与市面上很多“完美世界”式的理论书形成了鲜明对比。读完后，我感觉自己不仅仅是掌握了一套控制算法的知识，更是获得了一套解决实际船舶运动控制难题的“思维框架”。作者在行文中偶尔流露出的那种对船舶工程的深厚感情和对技术细节的执着追求，使得整本书读起来充满了人情味，而不是冰冷的公式堆砌。
坦白讲，在阅读《船舶运动控制》之前，我对船舶运动控制的理解还停留在比较基础的层面，总觉得这是一个非常“硬核”且难以触及的领域。这本书的出现，极大地拓宽了我的视野，让我看到了这个领域前沿的发展方向。它不满足于介绍现有的成熟技术，更着眼于未来，探讨了如何利用人工智能和深度学习来提升船舶的自主决策和环境适应能力。书中的一些关于最优控制和模型预测控制（MPC）在动态定位系统中的应用分析，简直是打开了我对未来智能船舶设计的一扇窗。这些内容虽然难度较高，但作者的叙述方式非常鼓励读者去挑战这些前沿知识，并提供了必要的数学基础回顾。读完全书，我感到自己对船舶控制的认知水平得到了一个质的飞跃，从一个旁观者变成了有能力参与到高级设计讨论中的一员。
我发现这本书在知识体系的完整性上做得非常到位，它不仅仅关注“如何做”（即控制器设计），也花了很大篇幅去解释“为什么”（即背后的物理原理和数学基础）。对于初学者来说，这本著作提供了一个非常坚实的起点，因为它细致地解释了流体力学、刚体动力学等基础知识在船舶控制中的具体体现，确保读者不会在没有足够背景知识的情况下盲目地套用复杂的控制公式。而对于有一定基础的专业人士而言，书中关于非线性、时变系统的处理技巧和工程化经验总结，又提供了宝贵的参考价值。这种“上承理论基石，下接工程实践”的平衡感，使得这本书的受众面极广，无论是高校学生、研究人员还是海事工程师，都能从中汲取到有价值的内容。它更像是一本集大成者的工具书，能够经受住反复查阅的考验。
