航海自动化题.docx

1、 航海自动化系统是船舶自动化的重要组成部分，包括了自动定位系统、最佳航线编制系统、自动操舵系统、自动避航系统，以及综合管理系统2、 最优控制问题通常都包括系统的状态方程，系统的初态和终态，容许控制，性能指标四个组成部分3、 模糊控制器的输入和输出都是非模糊量，但是系统内部都采用模糊量来推理，所以所有模糊控制器都由模糊化，模糊推理，去模糊化三个部分构成4、 自动舵已经经历了机械式自动舵、PID自动舵和自适应自动舵这三个阶段，目前正处于第四个研究发展阶段即智能自动舵的研究5、 智能控制系统按照构成原理可以分为专家系统、神经网络系统、模糊控制系统、仿人智能控制系统6、 专家系统知识表示的常用形式有产生式规划，框架，过程，语义网络等等7、 根据所采用物标的性质和观测手段，船位测定系统可分为路标定位系统、天文定位系统和无线电定位系统8、 气象定线的方法：根据大型天气形式选择气象航线、作图法、动态规划三种最优控制：“最优”是指使控制系统实现对某种性能指标为最佳的控制。自学习控制：具有辨识、判断、积累经验和学习的功能。在控制系统的特性事先不能确切知道，或不能确切地用数学方法描述时，采用自学习控制可以在工作过程中不断地测量、估计系统的特性，并决定最优控制方案，实现性能指标最优控制。自适应控制：系统能够在外部或内部条件不断变化情况下，不断地改变自身的结构和参数，使系统始终具有良好的性能。自动化系统按功能主要分为线性系统和非线性系统线性系统：(具有叠加性和齐次性，可以用线性微分方程来描述)如果系统的数学模型方程是线性的，该系统就叫做线性系统。非线性系统：（不适用叠加原理，用非线性方程来描述）用非线性微分方程来描述的系统叫做非线性系统。时变系统：如果系统的参数随时间变化，则称其为时变系统。时不变系统：如果系统的参数不随时间而变化，则称此系统为时不变系统连续系统：（连续时间系统）若系统的输入和输出都是连续时间信号，则称此系统为连续时间系统。离散系统：指系统的某处或多处的信号为脉冲序列或数码形式,因而信号在时间上是离散的控制系统的基本要求：对自动控制系统性能的基本要求可以归结为稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）。黑箱问题：也叫完全辨识问题。在这种情况下，被辨识的系统的基本特性是完全未知的。灰箱问题 ：又叫不完全辨识问题。也就是说，已知系统的一些基本特性，不能确知的只是系统动态方程的阶次，以及方程的系数值。状态估计和系统辨识：对具有随机输入、测量包含有随机误差的系统，在求解最优控制之前，首先就要用概率和统计的方法，通过对系统输入和输出数据的量测，估计系统的状态和参数，然后据此解决最优控制问题。卡尔曼滤波器是一种数据处理方法智能控制系统：智能控制是自动控制发展的高级阶段，是人工智能、控制论、系统论和信息论等多种学科的高度综合与集成，是一门新的交叉前沿学科。动态规划法原理：不管其初始状态和初始决策如何，当把其中的任一级及其状态再作为初始级和初始状态，余下的决策对此必定构成一个最优决策。航海自动化系统的组成：最佳航线编制系统、自动操舵系统、自动定位系统、自动避让系统以及综合航行管理系统。自动定位系统的基本要求：1、能自动测定足够精确的船位；2、测量所须的时间足够短；3、全球使用，不受还去限制；4、连续定位，不受时间和气候的影响；5、设备的经济性；6、军民分开或者有自己的保密系统；7、设备的可靠性足够高自动避碰系统由自动避碰和自动避礁两个分系统构成。原因1、海底在不断变动的，加上海域辽阔，人们难以完全准确地知道水下障碍物，暗礁的 位置及其深度 2、船位确定系统的精度对有计划的避礁操船有很大的影响自动避碰系统的主要功能：1、 具有信息搜集功能；2、 具有对雷达信息进行检测处理功能；3、 具有自动编制避碰方案的功能；4、 具有能向来船通报本船的避让操船意图，接收并对来船的操船措施做出相应的处理，构造出完整避让方案的功能。气象航线：在习惯航线的基础上，选定符合实际存在的海况，以及近期预报的气象状况的航线气候航线：根据长期的天气和海况统计资料，结合航海经验，总结分析出与个大洋的季节特征相适应的航线气象定线：岸上定线、船舶自行定线和船岸结合定线气象导航的基本原理：根据船舶性能、载货情况以及所取得的天气和海况的预报资料，采取科学的定线方法，选择一条尽量避开大风浪，特别是顶头浪和横浪等不利因素，而又能充分利用有力的风、浪、流等因素的航线使之达到最佳程度。岸导和自导的优缺点：岸导机构拥有经验丰富的各种专业人员，拥有大量高级的设备处理观测数据，制作预报及进行优选航线计算。拥有快速有效的通信网络获取资料及进行通信。但是受到气象预报时效及预报准确率的限制，有时候会出现预报不准及突发天气的影响，会更改航线及中断通信。自导优点：1、即使接受岸导公司的气导服务，船舶自行气象导航也可以帮助船长充分理解岸上定线意图，最大限度地配合气导公司完成航行任务； 2、驾驶员亲自分析气旋发展移动形势和现场情况，弥补岸上分析的不足，在任何时刻都掌握主动权，使他感到更加自信踏实，这一点从心理上感觉也很重要 3、采用自导可减少岸导时繁复的通讯联系和电报业务，节约导航费用缺点 ：1、气象科学发展的极限； 2、对船舶性能了解的局限； 3、航线跟踪修正非实时性； 4、航线跟踪修正局限性； 5、岸导保密性差。惯性导航系统的原理：以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。集成驾驶台：航行管理系统，综合导航系统，一人驾驶台系统等的统称。集聚人类智慧和经验，将现代高新技术、材料和航天技术等引入船舶设计与航运管理，以智能化为系统核心，进而实现减少船员、提高操作可靠性、保障航行安全和增进船舶运营效益的一体化船舶自动化系统。集成驾驶台的主要特征：1、集中集成控制; 2、模块化设计；3、屏幕式显示；4、工作台式布局；5、电子海图集成驾驶台的主要智能配置系统：1、船舶航行系统；2、岸站支持系统；3、船舶综合数据库；4、恶劣天气航行系统；5、应急系统海图的基本功能：GPS工作原理：根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其他数据可以确定以下四个方程：PID自动舵操舵原理：1、 比例（P）舵的控制：船舶偏离预定航向后，无法重新稳定的在正航向上航驶，是在预定航向的两侧摆动，所以按比例规律设计的自动舵不能满足船舶的要求2、 比例-微分（PD）舵的控制，从偏航角可看出，航向没有摆动，幅值随时间按指数规律迅速衰减，时间t趋于无穷大时，偏航角=0，所以这种舵具有保向功能，不论由于什么扰动，当船舶偏离原航向时，只要比例、微分系数调节恰当，船舶能够迅速返回原航向，可以基本满足自动操舵的要求。缺点：当船舶在高频海浪干扰时，太灵敏，影响船舶稳定航行，而且使船舶摇摆加大，航速降低，舵机使用频繁，能源消耗增加，缩短舵机使用寿命。3、 PID自动舵：因此，我们希望，在一定偏航角不予操舵，降低操舵灵敏度，所以偏航精度相应降低；在这偏航角内，即死区，船舶离开自动舵时不工作，只有偏航超过死区时，才进行工作。但如果船舶没有超过死区航行时间很长时，必然导致船舶偏离原航向，所以为了控制这个偏离程度，设计一个积分机构，规定一个值，偏离原航线达到此值时，由于时间、航速已知，则可求出，加以修正，从而使自动舵功能更加完善。舵角的操舵规律称之为比例-微分-积分自动舵（PID自动舵）PID自动舵的局限性：1、 PID参数调整在符合船舶动态特征和环境条件的最佳数值是有条件的；2、 对PID控制器参数的整定与调整准确较难；3、 控制器的性恩呢该准则不是最佳的，单纯追求矫正小航向误差，未顾及操舵的经济性；4、 高频海浪干扰处理方法-天气调节死区法不妥，易导致低频特性恶化；在大风浪中常产生大角度转舵，导致严重的偏航ECDIS作用：降低海图体积和海图作业劳动强度。可以在数字化海图上显示船位、进行航线、航次计划设计，显示诸如航速、航向等航行参数，开发出更多便于使用的、可保证航行安全、提高营运效率的各种功能。将各种电子海图数据库进行完善，与各种航海传感器、导航设备进行系统接口与组合。AIS 装置主要功能是能够自动向有相应装置的海岸电台。其 它船只及航空器提供相关信息，包括船籍、船型、位置、航向。航速、航行状态及其它相关安全的信息；也能自动接收配备该装置的船舶发出的上述信息；能监视和跟踪这些船舶，并能与岸基装置交换数据。AIS 系统的出现标志着海上监视技术取得了革命性的进步；标志着船舶问和船岸间的信息交换进入了计算机数字通信的新时代。VDR的功能：1为海难事故调查提供原始数据VDR 其功能和作用类似于飞机上的黑匣子。它是以一种安全和恢复的方式保持存储船舶发生事故前后一段时间的船舶位置、动态、物理状况、命令和操纵的信息。主管机关通过VDR 进行海难调查，从失事的船舶中分析失事前后的各种状态和数据。找出失事的真正原因。2、有利于改善船舶管理，使船舶操作规范化，提供事件的整体记录。利用 VDR 能为海难事故调查提供原始数据。可以查找和锁定船员的责任，但更主要的是从失事的原因中进行研究，归纳总结，不断完善现有的国际公约、规则和规范。另一方面，能为改善船舶管理、使船舶操作规范化，不断改进现有的船舶设备，日益提高船舶航行的可靠性和安全性。可以预料，安装VDR的总体优势将很快超过其安装成本带来的损失。 三者关系：电子海图和信息系统、船舶自动识别系统、船载航行数据记录仪是各自独立的系统，但又是紧密联系的。船载航行数据记录仪、船舶自动识别系统获得的数据需要在电子海图和信息系统上显示；船舶自动识别系统和船载航行数据记录仪能互相引证其数据的准确性，其标准需要一致，所以国际海事组织把 ECDIS、 AIS 、VDR 放在一起研究、讨论和定标。船舶自动识别系统的数据好比是“电视实况转播”，安装使用AIS的船舶能实时获取周边安装使用 AIS 船舶的船名、呼号、船长