船舶轨迹运动控制方法改进研究.pdf

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1、第33卷第12期2011年12月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．33，No．12Dec．，2011船舶轨迹运动控制方法改进研究冯亮，魏军，陈志诚(海军工程大学管理工程系，湖北武汉430033)摘要：分析了船舶轨迹控制的直接法和间接法的特点，提出综合航向控制与航迹控制，利用航向差与航迹角度差的变化，调整航向差与航迹角度的相互关系来控制舵角，达到消除航迹偏差的控制目的。通过实船试验，验证了此方法简单实用、控制精度高、灵活性强的特点，特别是在复杂条件下，此法避免了大量的力学分析和算法推演，只考虑各种因素对船舶的实际影响结果，控制效果明显。关键词：航迹偏差；航向

2、差；轨迹控制；方法改进中图分类号：TPl3文献标识码：A文章编号：1672—7649(2011)12-0033一04doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2011．12．007Researchontheimprovmendcontrolmethodofsail-trackFENGLiang，WEIJun，CHENZhi-cheng(NavelUniversityofEngineering，Wuhan430033，China)Abstract：Inthispaper，introducedaimprovmendcontrolmethod，analyzedthecharact

3、eristicsoftwomethodsofsail—track，putforwardcomprehensive“directioncontrol”and“sail-ti'ackcontrol”，madeuseofvarietiesof“direction”and“sail—track”foravoidingsheer．Passexperiment．verifiedimprovedcontrolmethodtracktocontrolmoreeffectively，thetrackundulatesmaller，especiallyunderthecomplicatedcondition．

4、Keywords：sailvestigedeviation；thetrackcontrol；methodresearchO引言船舶轨迹运动控制方法有2种：一是直接法，它是建立与航迹偏差及偏航角速度等之间的联系，通过直接控制舵角来消除航迹偏差。此法能很好地协调性能与能量之间的关系，可用于高精度控制的场合，但缺点是系统调试难度大，性能指标的具体表达式及其权重系数很难得出，运行灵活性不足¨以’。二是间接法，这种方法应用较多，它是把航迹问题看成一系列航向保持与航向改变问题，将航迹控制分解成制导环与航向控制环，制导环根据航迹偏差给出指令航向，由航向控制环实现航向控制，从而完成航迹控制。此方法简单实用

5、，工作方式与操舵手操纵船舶的实际过程一致，易于融入操纵经验，提高控制的智能水平m21。但此方法操纵精度略低‘31，不同情况下算法不同，在复杂环境情况下，运动效果较差。分析直接法与间接法的优缺点，本文提出综合航向控制与航迹控制，利用航向差与航迹角度差的变化，通过生成模糊控制器，调整航向差与位移角度的相互关系来控制舵角消除航迹偏差。此方法简单实用、控制精度高、灵活性强，它避免了大量的力学分析和算法推演，只考虑各种因素对船舶的实际影响，根据当时船的状态和目标轨迹来确定舵角大小。l航迹控制分析1．1运动航迹分析航迹运动如图1所示，可分解为3个状态。状态l：初始进入时一般偏差较大，要求快速返回航迹，

6、称收稿日期：2011—03—10；修回日期：201l—04—0l基金项目：国防技术基础项目(Z0820108001)作者简介：冯亮(1981一)，男，硕士研究生，主要研究方向为信息管理和系统管理。·34·舰船科学技术第33卷之为上线；状态2：直线段航迹时要求高精度保持航迹，简称为直航；状态3：航迹转向点附近的转向问题，称为转向‘1。。图1控制轨迹分析图Fig．1Sketchmapofcontroltrack1．2控制要点分析这3个状态的要求不同，状态1要求首先返回航迹，并且航向正确；状态2要求精确保持航迹，消除偏差；状态3要求与状态1相似。∽曰在上线状态初期，偏差较大，要求舵角反应迅速且舵

7、角较大，见图2。即从A状态到E状态，目的使船舶迅速靠近规定轨迹航迹，但从E状态到召状态则需要适当减小舵角甚至反方向打舵，目的使船舶在波动尽量小的情况下靠近规定航线。由于船舶自身情况不同，以及水文条件千差万别，虽然关于此状态的算法很多，但局限性较大，这是航迹控制的重点和难点。在直航状态中，严格按航迹行驶，要求舵角反应灵敏，且控制器参数适当。转向状态可以看成上线状态，操纵要点相似。2控制方法改进研究按轨迹运动可分为直线运动和