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1.1　船舶运动控制概述1

第1章　绪论1

1.2　船舶运动控制研究的基本问题6

1.3　船舶运动控制策略7

习题9

第2章　船舶运动数学模型11

2.1　引言11

2.2　船舶平面运动的线性化数学模型12

2.2.1　船舶平面运动的非线性模型和线性模型13

2.2.2　状态空间型船舶平面运动数学模型15

2.2.3　传递函数型的船舶运动数学模型17

习题18

3.1　神经网络控制引论19

3.1.1　人工神经元与人工神经网络19

第3章　神经网络控制19

3.1.2　ANN的基本结构21

3.1.3　ANN的学习方法22

3.1.4　ANN的特点和优点23

3.1.5　ANN的发展简史24

3.2　MLP的BP训练方法25

3.2.1　MLP的结构和前向算法25

3.2.2　MLP的误差反向回传算法（BP算法）26

3.2.3　有关BP算法的一些问题29

3.2.4　BP算法的一个简例31

3.3　神经网络控制方案概述32

3.3.1　监督控制32

3.3.2　直接逆控制33

3.3.3　间接控制33

3.3.4　直接控制34

3.3.5　内部模型控制35

3.4　监督控制在船舶自动舵中的应用36

3.5　直接控制应用于船舶自动舵37

3.5.1　用于航向保持的SISO神经网络自动舵结构37

3.5.2　直接控制式航向保持器NNC的训练方案38

3.5.3　直接控制式航向保持器NNC的训练方法40

3.5.4　直接控制NNC自动舵的仿真研究结果42

3.6　内部模型控制应用于船舶自动舵42

3.6.1　航向保持环42

3.6.2　转向控制器46

习题47

第4章　模糊控制49

4.1　FLS概论49

4.1.1　人类思维的两种模式49

4.1.2　模糊逻辑系统与模糊逻辑控制49

4.1.3　FLS的发展简史51

4.2　FLC基本原理52

4.3　模糊规则的提取方法62

4.3.1　基于直接匹配的模糊规则抽取方法62

4.3.2　基于乘积空间聚类的模糊规则提取方法65

4.4　FLC在船舶运动控制中的应用67

习题69

第5章　混合智能控制71

5.1　混合智能控制系统引论71

5.2　适应式混合智能系统ANFIS及其在船舶控制领域的应用75

5.2.1　ANFIS的神经网络结构75

5.2.2　ANFIS的训练79

5.2.3　ANFIS用于自动舵控制算法设计84

5.2.4　ANFIS系统小结89

5.3.1 FALCON的结构90

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90

5.3.2 FALCON的学习策略94

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99

5.4　遗传算法（GA）及其在船舶运动控制器优化中的应用105

5.4.1　GA算法概述105

5.4.2　遗传算法的进一步讨论108

5.4.3　GA用于优化Fuzzy Autopilot参数之例112

5.4.4　GA应用于神经网络训练114

5.5　模拟退火算法及其在船舶运动控制器优化中的应用117

5.5.1　SA算法的物理基础117

5.5.2　SA算法119

5.5.3　SA算法在船舶运动控制器优化中的应用121

习题123

6.1　准备知识126

第6章　H∞鲁棒控制126

6.2　H∞鲁棒控制理论概述131

6.3　混合灵敏度算法133

6.3.1　小增益理论133

6.3.2　模型不确定性135

6.3.3　H∞控制的混合灵敏度问题137

6.3.4　H∞标准问题139

6.4　回路成形算法141

6.4.1　回路成形概念及其控制器的直接解法141

6.4.2 回路成形H∞控制算法142

6.5　闭环增益成形控制算法147

6.5.1　SISO系统闭环增益成形控制算法147

6.5.2　MIMO系统的闭环增益成形控制算法150

6.5.3　PID控制器参数整定新方法153

6.5.4　用镜像映射方法求非稳定过程的鲁棒控制器157

6.5.5　非方阵被控对象闭环增益成形算法及其应用158

6.6　μ分析160

6.7　H∞鲁棒控制在船舶运动控制中的应用165

6.7.1　混合灵敏度算法应用165

6.7.2　一种变形的回路成形控制器及应用167

6.7.3 闭环增益成形算法应用169

6.7.4　μ分析应用170

习题171

第7章　非线性控制173

7.1　非线性控制理论发展概述173

7.2　基于精确反馈线性化的非线性控制174

7.2.1　非线性系统的基本概念175

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177

7.3　基于Backstepping的非线性控制182

7.3.1　Lyapunov理论182

7.3.2　基于Backstepping方法的船舶运动航向保持控制183

7.4　两种非线性PID控制器188

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188

7.4.2 由闭环增益成形算法构成的非线性鲁棒PID控制器189

7.5　不对称信息理论190

7.5.1　不对称信息理论190

7.5.2　简化鲁棒控制算法增加信息传递量191

7.5.3　改进舵机执行机构增加信息传递量192

习题194

参考文献196

附录201

实验1　计算船舶运动Nomoto数学模型201

实验2　ANFIS用于自动舵控制算法设计201

实验3　用GA优化模糊控制器及其应用203

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211