鲁棒控制在操舵系统中的应用研究（可复制）.pdf

要摘船舶操纵系统是船舶上非常重要的船舶运动控制系统。由于船舶运动呈非线性,船舶运动动态特性又与航行工况密切相关,还受风、浪、流等各种干扰,所受到的水动力和干扰情况非常复杂,而且执行机构还存在明显的死区、继电等非线性,所以船舶操纵是极其复杂的运动,给船舶的运动控制带来的难度。为在精确、经济和可靠的前提下,实施对船舶的有效操纵控制,本文以某型船为例,对操舵系统和船舶航向控制系统的控制方法进行了优化设计。首先分析了操舵系统的原理和结构,建立了液压操舵系统模型。接着建立船舶运动模型、船舶外界环境干扰模型和自动舵的数学模型。然后在此基础上利用提供的动态仿真环境,分析讨论了操舵系统和航向控制系统在无干扰和有干扰条件下,舵角的跟踪精度和鲁棒性,船舶航向的稳定性等。最后将鲁棒控制算法应用于操舵系统及船舶航向控制系统,运用仿真与传统的刂品绞浇辛硕员龋ü髦智榭鱿碌姆抡嫜芯勘明,先进控制算法鲁棒控制技术应用于船舶操纵控制系统,将明显改善了船舶操舵系统和航向控制系统的性能。关键词:操舵系统;航向控制;鲁棒控制;哈尔滨丁稃大学硕十学位论文
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第滦髀课题研究的背景及意义在船舶运动控制中,船舶操纵系统是实施最佳航行计划,保持船舶航行在预定航线上,同时根据避碰、避险系统的指令进行相应的操船行动的指令执行系统,是船舶满足航向稳定性和航行机动性的关键环节。操舵系统是船舶操纵系统的执行环节,控制命令都是通过它来驱动控制舵叶,其根本任务就是实现被控量舵角对给定量转舵指令的及时和准确跟踪,达到控制之目的。虽然从世纪年代至今,这一时期的自动舵系统结合当前先进控制策略,如鲁棒控制、神经网络、模糊控制及遗传算法等,在满足系统控制性能要求的前提下,提高了其自适应性及鲁棒性。但是,大量研究人员在自动舵研究时,往往把主要精力集中投入在对航向或航迹的控制算法的完善,设计并采用先进的控制器。但对于操舵系统,仍普遍满足于用经典控制理论来指导伺服系统的设计。因此,自动舵控制器的优化设计虽有效改善了自动舵的控制性能,但由于该控制器是在操舵系统闭环之外,虽对航向修正有较好效果,但不能有效提高操舵系统的精度和鲁棒性。而且,随着算法的改进,以及平舵系统的控制精度和抗干扰性,也在很大程度上影响到航向/航迹闭环控制系统的性能,最终影响船舶的操纵性能。因此,要获得良好船舶操纵性能,不仅要依赖各种“高级的”航向保持和航迹保持算法之外,还需十分注意操舵系统这一舵角闭环的动态性能,以及舵角闭环的动态行为与自动舵较蚧和航迹环涞钠ヅ鋗。而如何从控制策略的角度重视操舵动态环节,设计出能同时照顾到操舵系统和航向反馈的动态特性的控制算法以改进自动舵整体控制质量是一个值得探讨的课题。哈尔滨下程大学硕士学位论文
转舵机构、赢畜远船舶操纵系统概述—穸∞乙,计程仪、竢⒘.,并取适当干扰信号,进行仿真分析,进而得出采用鲁棒控制器的操舵系统和自动舵系统精度和鲁棒性得到明显提高。意义:通过该课题的研究,能够提高自动舵和操舵系统的鲁棒性,克服执行机构对控制带来的不利影响。从而对于提高船舶操纵的整体性能,减少操纵机械和推进机械的功率消耗具有较大实用意义。船舶操纵系统由自动舵婊⒋妗⑼平以及导航检大部分构成,具体可分为舵机操纵系统、随机构、应急装置、辅助装置ǘ娼侵甘尽⒆畲蠖角限位装置等8菘刹捎玫目刂品绞揭约八捎梅蠢⌒藕诺牟煌捎杏急、随动、航向和航迹这四类主要控制方式。操舵仪不用任何反馈直接操纵舵机控制舵的方式称为应急方式;采用舵角量测反馈形成舵角控制闭环的方式称为随动方式;增加航向量测反馈形成航向自动控制方式称为航向方式;采用位置量测反馈形成位置自动控制闭环称航迹方式。一般将具有后两种方式的操舵仪称自动舵或自动操舵仪>蠖嗍淖远娑疾捎煤较蚍绞剑迹舵目前应用相对较少,但这是自动舵的一个重要发展方向。除应急方式外,其余各方式均包含内部的操舵系统娼潜栈返鹘谙低,该系统的性能如何将影响航向和航迹控制,影响着船舶操纵性能。目前船舶操纵系统中比较常见的操舵系统是典型的电液位置伺服系统。电液伺服系统综合了电气和液压两方面的优点,具有控制精度高、响应速度快、信号处理灵活、输出功率大、结构紧凑、重量轻等优点。因此应用极为哈尔滨檀笱妒垦宦畚
.较蚩刂葡低撤⒄广泛,凡是需要大功率、快速、精确反应的控制系统,都有它的身影。如在飞机、船舶、雷达、机器人等系统中,以及在机床、电炉电极自动升降恒功率系统等都大量采用了电液伺服系统。虽然大约从世纪年代至今,刂啤⒆允视刂啤⒙嘲艨刂啤模糊控制、神经网络控制以及—控制、变结构控制、脉宽调制脉冲编码控制⒁约澳:窬绲瓤刂啤在电液伺服系统中逐步得到应用,使系统在满足系统性能要求的前提