隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）、5G通信技術(shù)等高新技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，船舶正逐步引入智能航行要素，船舶自主航行技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，實(shí)現(xiàn)完全自主安全航行成為船舶智能化發(fā)展的終極目標(biāo)。根據(jù)國(guó)際海事組織等權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)船舶智能航行的功能分級(jí)，智能航行最高級(jí)別為自主駕駛，即無人化系統(tǒng)自主駕駛。近年來，挪威、瑞典、芬蘭、荷蘭、美國(guó)、日本、韓國(guó)以及我國(guó)的科研人員都做了大量的相關(guān)研究，也實(shí)現(xiàn)了自主避碰、遠(yuǎn)程遙控和部分自主航行，但在技術(shù)層面上，現(xiàn)今的船舶自主化水平不足以滿足理想狀態(tài)下的大規(guī)模完全自主商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，因此需要在相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行深入研究。

作者多年來在船舶自主航行控制領(lǐng)域從事科研工作，積累了一些經(jīng)驗(yàn)和成果。因此，本書針對(duì)智能船舶自主航行時(shí)航向保持、航跡保持和自動(dòng)靠泊控制的一些關(guān)鍵性技術(shù)難題，采用“簡(jiǎn)捷”+“魯棒”+“自適應(yīng)”的技術(shù)路線，設(shè)計(jì)了一套船舶自主航行非線性魯棒自適應(yīng)控制策略。該策略能夠在外界環(huán)境擾動(dòng)和模型參數(shù)攝動(dòng)下具有較強(qiáng)的魯棒性，在擾動(dòng)和模型參數(shù)不確定下具有較好的適應(yīng)性。

本書由山東交通學(xué)院張強(qiáng)和西安交通工程學(xué)院張美娟合著，共6章，第1章為緒論；第2章為船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型；第3章為船舶簡(jiǎn)捷魯棒自適應(yīng)航向保持控制；第4章為欠驅(qū)動(dòng)船舶有限時(shí)間軌跡跟蹤控制；第5章為船舶簡(jiǎn)捷非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)靠泊控制；第6章為船舶運(yùn)動(dòng)控制物理測(cè)試平臺(tái)。

感謝武漢理工大學(xué)馬勇教授和浙江海洋大學(xué)祝貴兵副教授在百忙之中審閱了本書，并提出了寶貴的修改意見。研究生譚文軼、朱雅萍、王琪文、李昊洋、張思航、楊濤對(duì)本書的部分資料收集、改進(jìn)及校對(duì)做出了貢獻(xiàn)。

本書獲得國(guó)家自然科學(xué)基金（51911540478）、山東省自然科學(xué)基金（ZR2022ME087）、山東省研究生教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（SDYJG19217）的資助。

由于作者時(shí)間和精力有限，書中不妥之處在所難免，歡迎讀者批評(píng)指正。

編 者

2023年2月

第1章 緒論 1
1.1 智能船舶自主航行概述 1
1.2 船舶航向保持控制 2
1.3 船舶航跡保持控制 4
1.4 船舶自動(dòng)靠泊控制 10
參考文獻(xiàn) 13
第2章 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型 23
2.1 欠驅(qū)動(dòng)水面船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型 23
2.1.1 船舶運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系的建立 23
2.1.2 船舶運(yùn)動(dòng)特性 25
2.1.3 三自由度欠驅(qū)動(dòng)水面船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型 29
2.2 MMG船舶港內(nèi)操縱運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型 32
2.2.1 MMG分離型船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型 33
2.2.2 船舶港內(nèi)操縱數(shù)學(xué)模型修正 39
2.2.3 仿真驗(yàn)證 43
2.3 本章小結(jié) 47
參考文獻(xiàn) 48
第3章 船舶簡(jiǎn)捷魯棒自適應(yīng)航向保持控制 50
3.1 基于簡(jiǎn)捷非線性技術(shù)的航向保持控制 50
3.1.1 非線性反饋backstepping控制器設(shè)計(jì) 50
3.1.2 非線性修飾backstepping線性弱化控制器設(shè)計(jì) 53
3.1.3 仿真分析 56
3.2 基于非線性控制技術(shù)的港內(nèi)操縱船舶航向保持控制 65
3.2.1 問題的描述 65
3.2.2 控制器設(shè)計(jì) 65
3.2.3 仿真分析 69
3.3 自適應(yīng)自調(diào)節(jié)PID跟蹤控制 76
3.3.1 數(shù)學(xué)模型 76
3.3.2 控制器設(shè)計(jì) 77
3.3.3 仿真分析 80
3.4 自適應(yīng)徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 85
3.4.1 問題描述 85
3.4.2 控制器設(shè)計(jì) 86
3.4.3 仿真分析 91
3.5 本章小結(jié) 95
參考文獻(xiàn) 95
第4章 欠驅(qū)動(dòng)船舶有限時(shí)間軌跡跟蹤控制 98
4.1 欠驅(qū)動(dòng)船舶自適應(yīng)有限時(shí)間軌跡跟蹤控制 98
4.1.1 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型 98
4.1.2 控制器設(shè)計(jì) 100
4.1.3 穩(wěn)定性分析 103
4.1.4 仿真分析 106
4.2 欠驅(qū)動(dòng)船舶魯棒自適應(yīng)有限時(shí)間軌跡跟蹤控制 111
4.2.1 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型 111
4.2.2 控制器設(shè)計(jì) 112
4.2.3 穩(wěn)定性分析 115
4.2.4 仿真分析 118
4.3 欠驅(qū)動(dòng)船舶自適應(yīng)在線逼近器的有限時(shí)間控制 124
4.3.1 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型 124
4.3.2 控制器設(shè)計(jì) 125
4.3.3 穩(wěn)定性分析 127
4.3.4 仿真分析 131
4.4 基于最小學(xué)習(xí)參數(shù)的欠驅(qū)動(dòng)船舶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有限時(shí)間控制 140
4.4.1 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型 140
4.4.2 控制器設(shè)計(jì) 142
4.4.3 穩(wěn)定性分析 144
4.4.4 仿真分析 147
4.5 考慮未知時(shí)變擾動(dòng)事件觸發(fā)欠驅(qū)動(dòng)船舶自適應(yīng)有限時(shí)間軌跡跟蹤控制 157
4.5.1 船舶數(shù)學(xué)模型 157
4.5.2 控制器設(shè)計(jì) 159
4.5.3 穩(wěn)定性分析 159
4.5.4 仿真分析 163
4.6 本章小結(jié) 176
參考文獻(xiàn) 176
第5章 船舶簡(jiǎn)捷非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)靠泊控制 178
5.1 船舶自動(dòng)靠泊簡(jiǎn)捷非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 178
5.1.1 問題描述 179
5.1.2 控制器設(shè)計(jì) 180
5.1.3 仿真分析 182
5.2 基于簡(jiǎn)捷反步法的欠驅(qū)動(dòng)船舶自動(dòng)靠泊控制 190
5.2.1 問題描述 190
5.2.2 控制器設(shè)計(jì) 194
5.2.3 仿真分析 196
5.3 基于自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的欠驅(qū)動(dòng)船舶自動(dòng)靠泊控制 201
5.3.1 問題描述 201
5.3.2 控制器設(shè)計(jì) 204
5.3.3 仿真分析 210
5.4 欠驅(qū)動(dòng)船舶自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)靠泊控制 216
5.4.1 問題描述 216
5.4.2 控制器設(shè)計(jì) 221
5.4.3 仿真分析 226
5.5 考慮轉(zhuǎn)艏角速度約束的欠驅(qū)動(dòng)船舶自動(dòng)靠泊控制 233
5.5.1 問題描述 235
5.5.2 控制器設(shè)計(jì) 237
5.5.3 仿真分析 244
5.6 本章小結(jié) 249
參考文獻(xiàn) 250
第6章 船舶運(yùn)動(dòng)控制物理測(cè)試平臺(tái) 253
6.1 自航船模系統(tǒng)設(shè)計(jì) 253
6.1.1 船型選擇 253
6.1.2 硬件設(shè)計(jì) 257
6.1.3 遠(yuǎn)程控制平臺(tái) 259
6.2 旋回性能測(cè)試 260
6.2.1 IMO旋回性能的標(biāo)準(zhǔn)及船舶GM的要求 260
6.2.2 船舶旋回試驗(yàn)性能分析 263
6.3 運(yùn)動(dòng)控制試驗(yàn) 270
6.3.1 船舶航向保持簡(jiǎn)捷非線性魯棒控制 270
6.3.2 船舶自動(dòng)靠泊非線性模糊控制 274
6.3.3 基于簡(jiǎn)捷非線性反饋的航跡保持控制 276
6.4 本章小結(jié) 280
參考文獻(xiàn) 281

1. 零基礎(chǔ)玩轉(zhuǎn)國(guó)產(chǎn)大模型DeepSeek [徐永冰 張帥 編著]
2. 網(wǎng)絡(luò)工程師5天修煉（適配第6版考綱） [主編　朱小平 施游]
3. 信息系統(tǒng)項(xiàng)目管理師考試32小時(shí)通關(guān)（適用第4版考綱） [薛大龍]
4. 信息系統(tǒng)管理工程師考試32小時(shí)通關(guān)（適配第2版考綱） [薛大龍　劉偉]
5. 土木工程材料檢測(cè)實(shí)訓(xùn) [洪曉江 達(dá)則曉麗 錢波]
6. 科技信息檢索與論文寫作實(shí)用教程 [李振華]
7. 傳統(tǒng)山水畫論解讀與實(shí)踐 [陳鈉 著]
8. Python數(shù)據(jù)庫(kù)編程 [主編 殷樹友 邢 翀]
9. 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo) [主編 袁春萍 朱妮]
10. 嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用（數(shù)字教材） [主編 胡娜 楊國(guó)勇 晏廷榮]
11. Vienna整流器技術(shù) [桂存兵 著]
12. 變頻器與伺服應(yīng)用 [陳剛 葉云飛]
13. 物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐 [湯琳 李敏]
14. 爐邊夜話——深入淺出話AI [汪建　著]
15. 電商運(yùn)營(yíng)與管理 [鐘肖英 陳瀟]
16. Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) [主編 姜春磊 陳虹潔]
17. 信息技術(shù)基礎(chǔ)（Windows 10+WPS Office）（微課版） [主編　石利平　田輝平　謝盛嘉]
18. 人工智能應(yīng)用 [主編　陳　萍　劉培培　陳孟軍]
19. 大學(xué)生職業(yè)發(fā)展與就業(yè)指導(dǎo) [主編　劉志堅(jiān)]
20. 高級(jí)辦公應(yīng)用項(xiàng)目教程 [主編 屈晶 趙成麗]
21. 微信小程序開發(fā)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)（微課版） [主編 黃龍泉 郭峰 朱倩]
22. 企業(yè)檔案工作實(shí)戰(zhàn)寶典百問百答 [華俊 盧秀英 邵甜甜 著]
23. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用 [主編 唐繼勇 葉坤 孫夢(mèng)娜]
24. 大學(xué)生創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ) [主編 王麗莉 王 楊]
25. 船舶輔機(jī) [主編 王連海 于洋 姜淑翠]
26. 大學(xué)生就業(yè)指導(dǎo) [主編 王麗莉 董宴廷]
27. 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師章節(jié)習(xí)題與考點(diǎn)特訓(xùn) [主編 薛大龍 鄒月平]
28. 高校學(xué)生工作探索與實(shí)踐 [郭亮 著]
29. 大學(xué)生情商管理 [方雄 著]
30. 2023年長(zhǎng)沙市會(huì)展業(yè)發(fā)展報(bào)告 [主編 周棟良]