资源描述：
《船舶自动舵控制技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第23卷第4期南京化工大学学报Vol.23No.42001年7月JOURNALOFNANJINGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGYJuly2001船舶自动舵控制技术的发展12陈雪丽,程启明(1.南京师范大学电气与电子工程学院,江苏南京210042;2.盐城工学院计算机系,江苏盐城224003)摘要:介绍与比较了船舶操纵的各种自动舵控制方法,船舶自动舵可分为4个发展阶段,即机械舵、PID舵、自适应舵和智能舵,其中智能舵为目前最先进的自动舵,它又分为专家系统、模糊舵和神经网络舵。关键词:船舶操纵;自动舵;PID控制;自适应控制;智能
2、控制中图分类号:TP273;U66文献标识码:A文章编号:1007-7537(2001)04-0101-05[1～2]船舶操纵的自动舵是船舶系统中一个不可缺少的重要设备。20世纪20年代,美国的Sper21船舶自动舵的控制方法ry和德国的Ansuchz在陀螺罗径研制工作取得实质性进展后分别独立研制出机械式自动舵,它的出1.1PID控制现是一个里程碑,它使人们看到了在船舶操纵方面直到70年代早期,自动舵还是一个简单的控摆脱体力劳动实现自动控制的希望,这种自动舵称制设备,航向偏差提供操舵设备的修正信号,此时为第一代。控制方程为:20世纪50年代,随着电子学和
3、伺服机构理论δ=Kφe(1)的发展及应用,集控制技术和电子器件的发展成果式中δ、φe分别为舵角信号和航向偏差信号;K为于一体的更加复杂的第二代自动舵问世了,这就是比例常数,它应被整定以适应载重和环境要求,为著名的PID舵。避免振荡,K应取较低值。到了60年代末,由于自适应理论和计算机技对于稳定低速航行的船舶,(1)式控制效果基术得到了发展,人们注意到将自适应理论引入船舶本上是令人满意的,但对不稳定的船舶,(1)式是不操纵成为可能,瑞典等北欧国家的一大批科技人员合适的。一个更为先进的控制系统应包含航向误纷纷将自适应舵从实验室装到实船上,继而正式形差导数项,
4、它的形式为:成了第三代自动舵。δ=K1φe+K2φÛe(2)从80年代开始,人们就开始寻找类似于人工当存在由横向风引起的下风或上风力矩干扰操舵的方法,这种自动舵就是第四代的智能舵。智时,为使航向保持不变,应加入航向偏差的积分项,能舵的控制方法有3种,即专家系统、模糊控制和此时方程式变为:神经网络控制。δ=K1φe+K2φÛe+K3∫φedt(3)随着全球定位系统等先进导航设备在船舶上这种形式结构就是经典的PID控制器结构。装备,人们开始设计精确的航迹控制自动舵,这种根据Mort的理论,积分项的加入可能会降低自动舵能把船舶控制在给定的计划航线上。舵的响应速
5、度,这会使船舶反应迟钝,为抵消这种影响,可再加入一个加速项,这样控制方程又成为:收稿日期:2001-02-15基金项目:江苏省跨世纪学科带头人科研基金(苏科教技[1998]50号);江苏省计算机信息处理技术重点实验室开放课题基金资助(苏大科[2000]07号)作者简介:陈雪丽(1960-),女,江苏徐州人,副教授,主要从事计算机应用研究。102南京化工大学学报第23卷[10]δ=K1φe+K2φÛe+K3∫φedt+K4φ¨e(4)法,此法是在Ohtsu等提出的方法基础上发展起来的,它的模型取决于最小Akaike信息标准,它整定好控制参数K1～K4的(3
6、)或(4)式能得到较的代价函数依赖于被控变量的偏差、控制信号大小好的操纵性能。(舵角)和控制信号变化率的补偿值。对海浪高频干扰,PID控制过于敏感,为避免[11]Amerogen的模型参考自适应法的应用前提高频干扰引起的频繁操舵,常采用“死区”非线性天为过程是线性、阶次和结构已知,且无随机扰动。气调节,但死区会导致控制系统的低频特性恶化,Dennis通过假定船舶是线性、常系数、无限工作系产生持续的周期性偏航,这将引起航行精度降低,统,提出了船舶线性叠加原理,此原理把船舶对不能量消耗加大。规则海况的响应用对构成这种海况的规则分量响此外,当船舶的动态特性(速
7、度、载重、水深、外应的线性累加来表示。由于船舶实际上是一个含型等)或外界条件(风、浪、流等)发生变化时,控制有噪声的非线性系统,因此,在平静的天气和“完参数需连续地进行人工整定,不合适的控制参数的美”的条件下,此法设计的系统工作很好,但在较差控制器将导致差的控制效果,如操舵幅度大、操舵海况及载重变化的条件下,这种系统的控制效果变频繁等,而人工整定参数很麻烦,为此,人们提出了差。自适应控制方法。Lim等使用Clarke等提出的基于条件代价函1.2自适应控制数的自校正方法,此法的控制器输出被明确地加到[3]目前提出的方法主要有自适应PID设计法、性能标准公式
8、中。自校正自动舵能用每个取样时随机自适应法、模型参考法、基于条件代价函数的刻的R
