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微粒群算法研究及其在铺排船智能控制中的应用

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第1章绪论

1.1课题概述

1.1.1课题研究的背景

1.1.2课题研究的目的及意义

1.2课题研究的现状

1.2.1铺排船的发展现状

1.2.2微粒群算法发展现状

1.3研究中主要问题及研究的内容

第2章量子粒子群改进算法

2.1粒子群优化算法

2.2量子粒子群优化算法

2.3量子粒子群优化算法TPHQPSO

2.3.1利用公共历史加快收敛速度

2.3.2两种群并行搜索防止陷入局部极值

2.3.3算法流程

2.3.4算法分析

2.4小结

第3章铺排船神经网络模型优化

3.1铺排船控制系统概述

3.1.1铺排船船体结构及其施工流程介绍

3.1.2控制系统结构

3.1.2系统控制对象分析

3.2铺排船神经网络模型

3.2.1神经网络简介

3.2.2铺排船基本网络模型的建立

3.3TPHQPSO算法优化的系统网络模型

3.3.2TPHQPSO神经网络模型

3.3.3TPHQPSO神经网络模型性能分析

3.4小结

第4章TPHQPSO算法优化模糊控制器

4.1模糊控制原理

4.1.1模糊控制器的组成

4.1.2模糊控制系统的设计步骤

4.1.3Matlab中编辑模糊控制器的方法

4.2粒子群算法优化模糊控制器参数

4.2.1粒子群优化模糊算法的一般方法

4.2.2铺排船航迹控制系统优化

4.2.3航迹模糊控制器效果分析

4.3本章小结

第5章铺排船自动监控软件概述

5.1监控软件功能简介

5.2自动铺排软件的设计

5.3实船试验与应用

5.4本章小结

第6章总结与展望

6.1全文总结

6.2体会

6.3进一步工作展望

致谢

参考文献

在攻读硕士学位期间发表的学术论文、参与的科研项目

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摘要

长江铺排船是适应长江航道整治工程的需要,满足在航道整治中对软质基础(沙质等)河床构造建筑物的要求,保证航道整治工程顺利进行而设计的专用工程船舶。自我国长江中下游第一艘自动化程度较高的铺排船“渝工排1号”研制成功以来,现在陆续建造的“长雁一号”与“长雁二号”在规模和自动化程度上都大大提高。自动化操作已经成为铺排船设计发展的趋势,但是由于航道疏浚行业发展的需要,设计的铺排船体型变大,绞车数量增多,施工模式也变得复杂化,使自动铺排的设计变得更加困难,最初设计时所采用的简单模糊控制策略已不在满足设计的要求,有必要对原有控制策略进行优化和改进。 本文通过对PSO算法收敛原理及其目前的几种改进方法的深入分析和研究,提出并设计了基于公共历史的两种群并行搜索的量子粒子群算法(TPHQPSO算法),以提高PSO算法的收敛速度和全局收敛性能。通过标准测试函数的优化仿真分析,该算法在收敛速度与收敛精度上都有所提高。通过分析目前铺排船控制系统的特点和施工工艺特点,针对铺排船移船控制,提出基于神经网络建模的模糊自适应控制方案。在此方案中采用BP神经网络构建铺排船移船控制模型,根据铺排船施工的实时数据作为训练样本,用TPHQPSO算法对铺排船神经网络模型进行在线学习。同时根据铺排船神经网络模型输出和输入的理想轨迹之间的偏差,仍然用本文研究提出的TPHQPSO算法对模糊控制器进行控制规则的实时调整。基于MATLAB软件环境对铺排船移船控制方案进行了仿真实验,结果表明设计的控制器能够消除大部分偏差,并能够跟踪偏差的变化,模糊自适应控制方案满足设计的要求。

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