船舶航向最優(yōu)控制與仿真研究.pdf

1、隨著21世紀(jì)大力發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，航運(yùn)事業(yè)呈現(xiàn)無(wú)限生機(jī)，由于船舶航行時(shí)氣候和地理環(huán)境復(fù)雜，現(xiàn)在對(duì)船舶安全、經(jīng)濟(jì)的航行要求越來(lái)越高，如何科學(xué)地操縱和控制船舶，安全準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的港口，是一個(gè)生命攸關(guān)、影響重大的問(wèn)題。目前船舶操縱普遍使用自動(dòng)舵控制液壓舵機(jī)的方式，使船舶按照駕駛需要來(lái)隨動(dòng)或者定航向、定軌跡航行。在船舶試航時(shí)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(dòng)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(wèn)題，影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。 對(duì)

2、自動(dòng)舵的研究普遍注重自動(dòng)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(shí)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(jī)小角度轉(zhuǎn)舵時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況，考慮舵機(jī)液壓系統(tǒng)的波動(dòng)和可靠性，兼顧舵機(jī)響應(yīng)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)自動(dòng)舵(控制器)，根據(jù)航向控制數(shù)學(xué)模型和實(shí)際操縱情況優(yōu)選參變量λ值，設(shè)計(jì)PID控制器；進(jìn)一步再考慮二階線性模型并加入等效的環(huán)境干擾，通過(guò)采用Matlab仿真軟件的Simulink工具，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)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(dòng)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(jì)非線性控制器；從減少液壓系統(tǒng)系統(tǒng)沖擊出發(fā)，適當(dāng)增加“死區(qū)”模塊，減少系統(tǒng)對(duì)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(dòng)操舵平穩(wěn)性好、次數(shù)較少、舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)幅度合理，達(dá)到減少舵機(jī)系統(tǒng)磨損、泄漏和轉(zhuǎn)舵時(shí)推力損耗而節(jié)約能耗。 仿真結(jié)果表明構(gòu)造設(shè)計(jì)出的非線性控制器具有良好的操縱性能，進(jìn)一步可以開(kāi)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(dòng)舵