長(zhǎng)江口深水航道治理工程中，使用了大量適應(yīng)施工需求的專用工程船舶，如挖泥船、鋪排船、拋石船等，這些工程船一般為非自航錨泊型船舶，而且大多數(shù)是由其他船舶改裝而來，自動(dòng)化作業(yè)程度普遍比較低。在目前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的大背景下，擁有高自動(dòng)化程度的工程船就意味著效益和成績(jī)，因此研究工程船錨泊移位自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)提高工程船施工作業(yè)精度、速度有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　筆者在多年科學(xué)研究及工程實(shí)踐應(yīng)用的基礎(chǔ)上，形成了本書。首先介紹了錨泊移位型船舶的系統(tǒng)建模。在已有文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，借鑒常規(guī)船舶模型分析方法，分析該類型船舶的運(yùn)動(dòng)機(jī)理和特點(diǎn)，提出了錨泊船二維和三維的線性運(yùn)動(dòng)模型。同時(shí)針對(duì)該類型船舶的特點(diǎn)和工程應(yīng)用要求，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)方法，提出了一種面向錨泊移位型工程船舶的系統(tǒng)辨識(shí)模型。以一類典型的錨泊移位工程船——軟體鋪排船為例，依托工程實(shí)踐采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，得到鋪排船縱向位移模型。
　　針對(duì)建模和控制的優(yōu)化問題，分析了量子粒子群算法。作為QPSO算法中唯一的參數(shù)，本書從問題依賴性、種群規(guī)模等多方面對(duì)收縮擴(kuò)張系數(shù)p進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)分析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到該參數(shù)選取的指導(dǎo)性準(zhǔn)則。為提高收斂速度，本書提出了一種改進(jìn)的QPSO算法。通過仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析，該改進(jìn)算法的收斂速度相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的QPSO算法有顯著的提高。利用改進(jìn)的QPSO算法對(duì)鋪排船縱向位移模型參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化訓(xùn)練，優(yōu)化后的模型作為自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真的對(duì)象模型�；�于模糊邏輯設(shè)計(jì)了工程船舶航跡保持控制系統(tǒng)，并利用改進(jìn)的QSPO算法對(duì)模糊控制器的模糊規(guī)則和隸屬函數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)的QPSO算法應(yīng)用于模糊控制器的參數(shù)設(shè)計(jì)是可行和有效的，控制系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性指標(biāo)均能滿足工程實(shí)踐的要求。
　　我們提出了一種基于自適應(yīng)神經(jīng)一模糊推理系統(tǒng)（ANFIS）的工程船舶自適應(yīng)控制器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使控制器參數(shù)可隨環(huán)境因素變化以適應(yīng)不同的施工任務(wù)。采用改進(jìn)的QPSO算法對(duì)自適應(yīng)航跡保持控制網(wǎng)絡(luò)的前、后件參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。與基于Fuzzy的航跡保持控制器的對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于ANFIS的自適應(yīng)航跡保持控制器的控制效果在動(dòng)、靜態(tài)性能方面均有提高。我們提出了基于ANFIS的航跡航向多變量自適應(yīng)控制器網(wǎng)絡(luò)模型，網(wǎng)絡(luò)模型采用子網(wǎng)絡(luò)并行學(xué)習(xí)模式，利用多個(gè)粒子群對(duì)應(yīng)各子網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化訓(xùn)練過程簡(jiǎn)單、快速。結(jié)合工程船舶施工實(shí)際狀況，選取典型實(shí)例對(duì)該自適應(yīng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該控制網(wǎng)絡(luò)能夠滿足工程船舶多目標(biāo)控制要求。
　　結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，將基于模糊邏輯和QPSO優(yōu)化算法的航跡保持控制系統(tǒng)應(yīng)用于軟體鋪排船控制系統(tǒng)中，同時(shí)綜合應(yīng)用PLC控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPS定位技術(shù)、多傳感器信息融合技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等先進(jìn)的技術(shù)與手段，開發(fā)研制了一套軟體鋪排船作業(yè)綜合自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)船應(yīng)用數(shù)據(jù)充分反映了本書探討的工程船舶錨泊移位智能控制系統(tǒng)的有效性，對(duì)于同類型工程船舶自動(dòng)化水平的提高提供了一套切實(shí)可行的實(shí)施方案。其研究成果可推廣應(yīng)用到類似工程船舶的自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)中，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的研究也有一定的參考價(jià)值。
　　本書是在課題組多年科研實(shí)踐的基礎(chǔ)上完成的，既有理論研究成果，同時(shí)也開發(fā)了軟件系統(tǒng)，在重慶、武漢、宜昌等多地進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果，并在中央電視臺(tái)等媒體上進(jìn)行過專題匯報(bào)。本書在撰寫過程中得到劉清、郭建明等老師的幫助和支持，書中大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取，離不開長(zhǎng)江航道局、重慶航道工程局等單位的大力支持，同時(shí)本書參考了大量的國內(nèi)外文獻(xiàn)，在此一并表示深深的謝意。本書可以作為高等學(xué)校交通運(yùn)輸工程、控制科學(xué)與工程等專業(yè)教師和學(xué)生的參考教材，也可以為航道管理部門對(duì)專業(yè)工程船舶進(jìn)行管理提供借鑒。