基于跟踪微分器的靶船航向PD控制方法研究

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1、2016年12月宇航计测技术Dec。，2016第36卷第6期JoumalofAstronauticMetrologyandMeasurementV01．36，No．6文章编号：1000—7202(2016)06一0066一04中图分类号：V249．12文献标识码：A基于跟踪微分器的靶船航向PD控制方法研究李双明潘玉纯(中国人民解放军92941部队，辽宁125000)摘要为解决靶船航向PD控制下的超调现象以及海上传感器噪声干扰的问题，提出了基于跟踪微分器的靶船航向PD控制方法。风、海流和二阶波浪引

2、起靶船的低频运动，动力航向系统仅控制这部分的运动。根据靶船的运动规律，建立了靶船的运动学数学模型，以及风和海流的干扰力矩模型；为能够有效测量航向的微分信号以及对信号中噪声的抑制，阐述了跟踪微分器的原理，设计了基于跟踪微分器的PD控制律，分别针对PD控制器和基于微分器的PD控制器进行仿真，在仿真过程中采用加入了高斯白噪声的航向信号，结果表明，该方法消除了单纯PD控制下的超调现象，提高了控制精度。关键词靶船跟踪微分器PD仿真TheResearchofPDControUMethodBasedonthe

3、Tracl【ingDifferentiatorforCourseofaTargetShipLIShuang-mingPANYu—chun(92941UnitofPLA，Liaoning125000)AbstractInordertosolVetheoVershootoftIleta增etship’scourseunderthePDcontrolJerandnoisedisturbancetosensorsusedinthesea，aPDcontrollerfortlleta唱etship7sco

4、ursebasedonthetrackingdiⅡ．erentiatorwasproposed．Thekinematicsmodelofthetargetshipwasestabljshed．Thedisturb-ancetorquemodelofwindand0ceancuITentwerebuitt．Thepdncipleoftrackingdifbrentiatorwaselab—orated，andthePDcontmllerbasedontrackingdifkrentiatorwas

5、designed．AddingGausswhitenoisetothemeasurementofcoursesignal，simulationswerecarriedoutforPDcontrollerandTDcontrollerre—spectiVely．1【eywOrdsTargetshipTrackingdifferentiatorPDSimulation1引言靶船现有的双锚航向方式，缺乏自主控制能力，这种传统的作业方式易受到风、海流等多方面因素的影响，调整难度大，效果不佳，已不能满足新

6、型武器试验的需要，因此需对靶船航向进行控制和修正。靶船航向系统可使靶船在不同的试验环境下保持设定的航向，也可以根据控制终端指令改变航向，从而提高靶船的综合试验能力。靶船受到海上各种环境载荷的干扰，表现出非收稿日期：2016一08—26作者简介：李双明(1986一)，男，硕士，工程师，主要研究方向：导航制导与控制。第6期基于跟踪微分器的靶船航向PD控制方法研究·67·线性、不确定性、大滞后等复杂的动态特性，所以靶船的航向保持也表现为复杂的控制问题：”3。文献[3]研究了基于自适应滑膜的喷水推进船舶

7、航向的控制，不便于工程实践。为此提出了基于跟踪微分器的靶船航向PD控制方法。2靶船的运动数学模型当动力航向靶船在海上作业时，在风浪流的作用下，它会产生六自由度运动。其运动数学模型由两部分组成，第一部分是船舶的高频运动，它是由一级波浪引起的，造成靶船的振荡，但不会造成靶船的位移。对于水面动力航向靶船，动力航向系统只控制靶船艏摇的平面运动，因此这部分运动不反馈回控制系统，控制器也不控制这部分运动；第二部分是船舶的低频运动，是由风、海流和二阶波浪引起的运动，动力航向系统仅控制这部分的运动，这样可以减少

8、推力器的磨损、减少控制所需的能量、降低设备的制造成本H’5’6J。靶船的运动模型如图1所示。邙＼／”y图1靶船的运动模型图1中，F。为侧推器的有效推力，臼为靶船的航向角，艿为侧推器的偏转角，A点为靶船的锚泊点。F。是一个与侧推器出水速度和航速相关的函数，见公式(1)。F。=pA”i(秽i一秽。)(1)式中：JD——海水的密度；A——侧推器的喷口面积；秽i——喷口处的海水流速(与电机的转速相关的一个变量)；‰——靶船纵向速度。在船体坐标系下，由图l可知，侧推器对靶船的横向作用力为，_、yP=F。s