船舶航向最優(yōu)控制與仿真研究.pdf

1、隨著21世紀大力發(fā)展海洋經(jīng)濟，航運事業(yè)呈現(xiàn)無限生機，由于船舶航行時氣候和地理環(huán)境復(fù)雜，現(xiàn)在對船舶安全、經(jīng)濟的航行要求越來越高，如何科學(xué)地操縱和控制船舶，安全準時到達目的港口，是一個生命攸關(guān)、影響重大的問題。目前船舶操縱普遍使用自動舵控制液壓舵機的方式，使船舶按照駕駛需要來隨動或者定航向、定軌跡航行。在船舶試航時和交付使用后發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)系統(tǒng)經(jīng)常存在液壓波動沖擊，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生泄漏和液壓平衡閥工作不穩(wěn)定問題，影響整個系統(tǒng)的可靠性。 對

2、自動舵的研究普遍注重自動控制系統(tǒng)的控制性能、本文從船舶的操縱控制原理出發(fā)，根據(jù)實際的需要，基于一階線性模型和現(xiàn)代最優(yōu)控制原理，分析研究舵機小角度轉(zhuǎn)舵時的運動情況，考慮舵機液壓系統(tǒng)的波動和可靠性，兼顧舵機響應(yīng)轉(zhuǎn)速設(shè)計自動舵(控制器)，根據(jù)航向控制數(shù)學(xué)模型和實際操縱情況優(yōu)選參變量λ值，設(shè)計PID控制器；進一步再考慮二階線性模型并加入等效的環(huán)境干擾，通過采用Matlab仿真軟件的Simulink工具，對控制系統(tǒng)進行模擬仿真研究，發(fā)現(xiàn)航向角和舵

3、角響應(yīng)曲線上鋸齒狀波動較大較多；利用李雅普諾夫穩(wěn)定性的原理，結(jié)合最優(yōu)控制結(jié)果，構(gòu)造性地設(shè)計非線性控制器；從減少液壓系統(tǒng)系統(tǒng)沖擊出發(fā)，適當增加“死區(qū)”模塊，減少系統(tǒng)對高頻響應(yīng)的敏感性，提高液壓系統(tǒng)的可靠性。最終使自動操舵平穩(wěn)性好、次數(shù)較少、舵葉轉(zhuǎn)動幅度合理，達到減少舵機系統(tǒng)磨損、泄漏和轉(zhuǎn)舵時推力損耗而節(jié)約能耗。 仿真結(jié)果表明構(gòu)造設(shè)計出的非線性控制器具有良好的操縱性能，進一步可以開發(fā)出交互式仿真軟件環(huán)境，能使船員比較直觀地熟悉自動舵