本书围绕典型海洋作业系统，介绍了相应的控制理论基础，以及其在这些海洋作业系统中的具体应用方法；重点介绍了船舶甲板吊放装备的升沉补偿系统的原理与建模方法、控制系统的分析与设计方法，水下航行器建模与控制方法设计，以及水下机械臂的建模与位置控制方法设计。*后，介绍了实验系统及相应的实验方法。全书共分为6章，在素材选取和体系构造上，能满足船舶与海洋工程专业高年级本科生和研究生的教学需要。本书也可供从事船舶与海洋装备开发研究、设计及生产的工程技术人员参考。
随着我国海洋开发与探测领域的扩展，各种新型构型结构及相应的动力与控制方式不断涌现，海洋作业方法和手段也不断丰富，这些都对动力学与控制问题的研究提出了更高的要求，推动着船舶与海洋工程学科的不断发展。船舶与海洋工程中的动力学与控制问题，直接关系到运动、控制与作业性能的改进。20世纪中期开始的新技术革命是多学科交叉与结合的结晶。由于交叉学科技术方兴未艾，世界从来没有像今天这样瞬息万变，日新月异。可以说，交叉学科技术的产生与发展是经济、社会的必然要求和结果。人才在知识结构、能力结构、素质结构方面应具备什么样的水准，设置什么样的课程体系和教学内容，才能与交叉学科技术的发展要求相适应，是人才培养及教材编写需要注意的问题。基于上述背景，本书是一本结合海洋作业领域理论与实践且具有交叉学科创新人才培养特色的教材，将基本控制理论与典型海洋工程作业系统相结合，并结合相应实验系统，介绍相应的调试、试验等实践过程。全书共分为6章。第1章为绪论。第2章重点介绍现代控制理论基础知识，包括状态空间模型、系统的能控性及能观测性、系统的稳定性，以及控制系统的综合与设计。第3章介绍升沉补偿作业控制，其内容包括升沉补偿系统原理、模型建立以及控制原理、控制器设计。第4章介绍水下航行器控制，包括航行器的模型建立，并结合一种新型姿态控制方式，介绍水下航行器的控制器设计方法。第5章介绍水下作业机械臂的模型建立及控制方法，特别是考虑在存在水下干扰的情况下，机械臂控制器的设计方法。第6章介绍了相应的实验系统。本书由唐国元、王建军担任主编，可作为普通高校船舶与海洋工程专业高年级本科生、交叉学科研究生专业教材，也可供从事相关工程的技术人员参考。本书是在华中科技大学创新研究院以及船舶与海洋工程学院的大力支持下编写的，并承蒙多位同行的帮助，谨此一并表示深切的谢意。限于编者的学识与水平，疏漏和不妥之处在所难免，敬请读者批评指正。
华中科技大学副教授，硕导，作为项目负责人主持国家重大科技专项子题、国家自然科学基金，湖北省自然科学基金项目，以及多项国防项目共计20余项。作为主要人员承担并完成国家863项目、十五及十一五国防预研项目、总装备部预研项目、科技部国际合作重点项目和其他一些民用项目的研究工作；在《Kybernetes》,《Ocean Engineering》《Advances in Systems Science and Applications》，《International Journal of Advanced Robotic Systems》、《海洋工程》,《中国造船》，《中国机械工程》等期刊上发表论文50篇；获国家发明专利授权10多项。
第1章绪论/1
1.1海洋作业的基本内容/1
1.2几种典型的海洋作业装备/2
第2章现代控制理论基础/7
2.1系统描述/7
2.2状态方程的求解/12
2.3能控性与能观测性分析/15
2.4稳定性/28
2.5系统综合与设计/41
第3章船舶甲板机械升沉补偿作业/52
3.1船舶的运动描述/52
3.2升沉补偿系统组成、原理及布置/55
3.3升沉补偿系统的动力学模型/58
3.4船舶升沉运动的预报/60
3.5基于PID的预测控制/69
3.6滑模控制在升沉补偿系统中的应用/76
第4章水下航行器控制/88
4.1水下航行器的数学模型/88
4.2潜艇的操纵与控制/94
4.3基于CMGs的水下航行器姿态控制/102
第5章水下机械臂作业控制/112
5.1机械臂动力学建模/112
5.2位置控制方法/119
5.3机械臂位置控制算例/122
第6章实验系统/126
6.1升沉补偿作业实验系统/126
6.2水下机械臂捕获作业实验系统/141
参考文献/152
书单推荐
