不同海情下的大型船舶航向、航跡控制方法研究.pdf

1、本文建立了大型水面船三自由度操縱運動數(shù)學(xué)模型，以及風(fēng)干擾數(shù)學(xué)模型、二階波浪干擾數(shù)學(xué)模型和均勻定常流干擾數(shù)學(xué)模型。分別對靜水中和風(fēng)浪流干擾下的大型水面船的回轉(zhuǎn)特性和航向不穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真研究。在以上研究的基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)PID控制理論與遺傳算法相結(jié)合，設(shè)計了基于遺傳算法離線整定PID航向控制器和基于自適應(yīng)遺傳算法在線整定的PID航向控制器，最后進(jìn)行了航跡控制器的設(shè)計，對不同海情下的航向、航跡控制進(jìn)行了仿真研究。本文的研究內(nèi)容及成果如下:

2、 1、在靜水中，給定不同的命令舵角進(jìn)行回轉(zhuǎn)性試驗，仿真結(jié)果表明，所建立的大型水面船三自由度操縱性數(shù)學(xué)模型是合理有效的，船舶最終進(jìn)入定?；剞D(zhuǎn)運動，且所給命令舵角越大，回轉(zhuǎn)直徑越小。 2、船舶在風(fēng)、浪、流中作右舵回轉(zhuǎn)運動，不同大小的風(fēng)、浪、流對于船舶回轉(zhuǎn)影響不同，風(fēng)、浪、流越強烈，對回轉(zhuǎn)軌跡影響越大。 3、討論并驗證了某大型水面船的航向不穩(wěn)定性。對于運動不穩(wěn)定的船舶，加上瞬間外干擾后，航向偏離越來越大?？v向速度u，橫向速

3、度v，回轉(zhuǎn)角速度r以及各方向的外力均產(chǎn)生瞬間階越響應(yīng)，而后穩(wěn)定在某一常值上，最終在流體動力的作用下船舶將進(jìn)入某個定?；剞D(zhuǎn)狀態(tài)。 4、針對傳統(tǒng)PID控制不能對外界環(huán)境變化做出及時反映，整定往往是靠操作人員的經(jīng)驗來調(diào)整，難以滿足控制要求這一缺陷，設(shè)計了基于遺傳算法的離線整定PID控制器和基于自適應(yīng)遺傳算法在線整定的PID航向控制器。仿真試驗表明，這種自動舵響應(yīng)快，無超調(diào)，上升快，魯棒性好，具有較好的航向保持和變化能力。 5、