潜艇自动舵控制方法研究.pdf

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1、总第243期2014年第9期舰船电子工程ShipElectronicEngineeringV01．34No．953潜艇自动舵控制方法研究+黄佳帅(92730部队葫芦岛125000)摘要舰船操纵的灵活性和准确性在一定程度上取决于舵的性能，而对于潜艇而言，舵的作用更加重要。为了提高潜艇战斗力，目前各国都在争相研制新一代自动舵，期盼在控制航向的同时控制深度，从而提高水下生命力和战斗力。论文介绍了自动舵的发展历程，比较了各种控制方法的特点，最后提出了自己的一点见解。关键词潜艇；自动舵；PID舵；智能舵中图分类号U674．76DOI：10．3969／j．issnl672—9730

2、．2014．09．015SubmarineAutopilotRudderControlMethodHUANGJiashuai(No．92730TroopsofPLA．Huludao123000)AbstractManipulationflexibilityandaccuracyofashiptOsomeextentdependontheperformanceoftherudder．Forthesubmarine，Rudderismoreandmoreimportant．InordertOimprovesubmarinecombat，countriesarecompeti

3、ngtodevelopanewgenerationautopilotsteering，hopingtocontrolthedepthofcontrolheading，therebyenhancingthevitalityandcombatunderwater．Inthispaperthedevelopmentprocessofautopilotisdecribed，andthefeaturesofvariouscontrolmethodsarecompared．KeyWordssubmarine，autopilotrudder，PIDrudder，smartrudder

4、CIassN●袖erU674．761引言潜艇作为一种能长时间在水下隐蔽机动的武器受到各国重视，而如何精准地控制航向和深度在很大程度上决定着潜艇生命力和战斗力，这就要求舵手操作过硬，经验丰富，精力集中，然而长时间在海上航行人员容易疲惫，并且人为操舵受到周围环境影响较大，难以保证万无一失，如果在潜艇上装备技术成熟的自动舵，那么潜艇战力将大大提升。2自动舵的发展现状及趋势自上世纪70年代起，国内一些科研院所、高校开展自动舵的理论与开发工作，并取得了不少成果，一些航海仪表厂家也独立或与研究所、高校合作开展了自动舵的试制和生产，其产品以模拟PID舵为主。目前国外市场上有多种成熟的

5、航向舵、航*收稿日期：2014年3月3日，修回日期：2014年4月23日作者简介：黄佳帅，男，硕士研究生，研究方向：潜艇指挥。迹舵产品，其控制方法大多为比较成熟的自适应控制。目前美国、俄罗斯等发达国家已经在潜艇上运用了自动舵技术，并且使用效果较理想[1]。目前自动舵的发展向着以下几个方向发展：1)实现实时综合数据船桥系统功能。2)整个系统采用模块化结构。3)系统人机界面全部菜单化，采用游戏杆或跟踪球等进行操作。4)采用双罗经、双计算机控制系统配置以提高可靠性和安全性。5)配备电子海图显示和信息系统。6)中央控制台按照设备功能集成的原理，把“监督(雷达，ECDIS)”和“

6、控制(航迹舵)”等集成在一起。7)采用航行优化和安全系统。它能综合几天的天气预报、海况、船舶经济性和计划时间等信息，黄佳帅：潜艇自动舵控制方法研究总第243期制定航行策略。3自动舵主流控制方法3．1PID控制PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点，被广泛应用于工业过程控制。当用计算机实现后，数字PID控制器更显示出参数调整灵活、算法变化多样、简单方便的优点[2]。将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制器，对被控对象进行控制，这就是PID控制器。PID控制器系统原理框图如图1所示L3j。常规PID控制系统一

7、般只适用于线性系统，且不能根据实际情况在线调整增益系数，致使其不能满足在不同的偏差和偏差变化率下对控制器的PID参数进行自整定的要求，从而影响系统的控制精度和系统的稳定性。利用模糊控制规则在线对PID参数进行修改，便构成了自适应模糊PID控制器。目前较成熟的PID自整定方法有：1)经验公式法：Ziegler—Nichols设定方法、ISTE最优设定方法和临界灵敏度法；2)仿真试验法。Ziegler—Nichols设定方法：受控对象大多可近似用一阶惯性加纯延迟环节来表示，传递函数为G。(s)一Ke一／(T。S+1)(1)对于典型PID控制器