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原文传递海巡船综合网络系统及模糊控制的研究

论文题名：	海巡船综合网络系统及模糊控制的研究
关键词：	海事巡逻船;网络系统;模糊控制
摘要：	海洋是未来世界各国重点开发的领域，海洋资源包括海洋渔业，海底矿藏，附属岛屿及海上运输通道等多种形式。对海洋资源进行有效监管和开发事关我国海洋发展战略和领土安全的全局部署。尽管目前我国沿海各海事局都配备了相应的海事巡逻船，但是多数船舶吨位较小，装备落后，已经不能满足当前海事监管的需要。为此交通部在广东海事局建造了目前我国吨位最大、设备最先进的3000吨级海事巡逻船“海巡31”。该船采用两台四冲程直列柴油机作为主动力装置，最大航速可达22节以上，在18节航速下续航能力为6000海里，自持力达40天。除了必需的动力设备及生活辅助设施外，“海巡31”上还配备了舰载直升机、卫星通信设备及视频采集、传输等非常规设备用以提高其海事巡逻能力。为了保证船舶上所有设备的正常运转，就需要设计一套安全、快速的船舶综合网络系统作为设备监控与数据传输的可靠保障基础。 “海巡31”综合网络系统集成了船舶监控网络、视频监管系统与船舶办公自动化系统。考虑到船舶环境存在较强的电磁干扰及航行中的颠簸、振动、摇摆等情况，船舶网络必须满足抗干扰性、抗振动性的要求，以保证网络良好、可靠的运行行。该网络采用三层结构，上层通过海事通信卫星与海事局指挥中心相连，中层通信网络为目前广泛应用的千兆以太网，不仅利用光纤信道的高速物理层接口的优点，还可向后兼容传统的网络通信介质，同时保持了IEEE802．3以太网的帧格式，并支持通过CSMA/CD协议的全双工和半双工传输。根据现场设备不同的数据传输接口的不同，现场控制网络采用工业控制总线如CAN总线，Profibus，RS-232总线，RS-485总线等与现场控制设备连接，并以互为主备的现场工控机负责现场的各种形式的数据的采集。通过卫星实现船、岸与舰载直升机之间的无线通讯，采用F站的MPDS接口(RS-232串口)，并与一台拨号上网专用计算机的串口RS-232相连接，实现全船的共享上网。考虑到安全因素，整个网络系统共设计了三层冗余：交换机链路冗余，服务器双机热备份和线路链路冗余，从而保证了整个系统不会因为某台设备或线路出现故障而导致全船网络中断。船舶综合监控网络系统软件开发采用C/S与B/S混合结构，主要由三部分组成：客户层子系统、中间层子系统和现场子系统。客户层由运行浏览器的客户端程序组成，中间层包括Web服务器、数据库服务器和应用服务器等，现场子系统主要由控制现场设备的监控计算机和现场设备构成。选择VisualC++.net和Visual Basic作为中间层子系统中各服务器程序的开发工具，使用UML，(UnifiedModeling Language)进行系统的分析设计[11]，利用VS．NET和Rational XDE集成的强大功能进行系统的开发和文档的编写。系统的编码调试工作全部在VS．NET开发环境下完成，其中编码部分使用C＃语言作为开发的语言工具。服务器数据库选用微软的SQL Server，本地数据库使用Microsoft Access数据库。选择.NET Framework下的ADO．NET数据库访问技术来对数掘库进行访问和操作。并设计了相应的数据查询界面及曲线图。在开发过程中，使用微软的VSS(Visual Source Safe)作为源码管理工具。使用Rational Purily系列工具进行程序调试，并大量采用组件技术，从而提高了代码的复用性。海事巡逻船舶的核心任务是海事监管与救助。为了提高海事监管能力及提高陆地指挥与决策的及时性，本船配备了舰载直升机及与其配套的视频监管系统，视频通信技术的介入为船舶提供了一个更为多元化的工作环境和一个更为高效的船岸综合信息交互平台。它具有视频监控、船舶视频会议和船舶红外光电取证等功能。文中重点阐述了利用现有通信技术和视频技术，有效地整合以上功能，形成一个综合视频、音频等多种数据交互的多角度、多业务、多层面的立体化船舶网络视频处理系统。同时开发了基于工作流的现代船舶办公自动化系统，该系统具有功能全面、操作简单、界面友好等优点，方便对非结构化文档型数据的管理，使船舶实现办公无纸化和流程自动化。本文还深入研究了典型模糊PID控制器的插值形式，针对传统模糊PID控制器难以采用解析方法进行研究的缺点，通过将T-S模糊模型与传统PID控制器结合构造了一类输入具有全交叠特征的TS-PID模糊控制器，并在此基础上推导了其插值表达式的解析形式。该形式在一定程度上揭示了一类模糊PID控制器的本质，并为这一类模糊控制器的设计和优化提供了准确的解析模型，同时也为模糊控制器的实际应用提供了一种快速精确的控制算法。
作者：	余剑翔
专业：	轮机工程
导师：	任光
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文