《船舶航向控制器設(shè)計與仿真》.pdf

《《船舶航向控制器設(shè)計與仿真》.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、船舶航向控制器設(shè)計與仿真船舶航向控制器設(shè)計與仿真馮嘉儀劉教瑜黃珍(武漢理工大學自動化學院，湖北武漢430070)摘要詳細論述了船舶航向控制器的設(shè)計與仿真。首先，在MATLAB的Simulink環(huán)境中構(gòu)建船舶航向控制系統(tǒng)的仿真模型，然后通過仿真分析來確定航向控制器的關(guān)鍵參數(shù)，最后進行調(diào)試。關(guān)鍵詞：船舶，船舶航向控制器，PID算法，MATLABAbstractThispaperdiscussesthedesignandsimulationofMATLABshipcoursecontrollerindetailItbuildsashipCOUrSecon—trolsystemsim

2、ulationmodelintheSimulinkenvironmentinMATLAB．determinethekeyparametersofthecoursecontrolerthroughsimulatingandanalyzing，anddebug．Keywords：shipcoursecontroler．MATLAB，PIDalgorithm1船舶航向控制系統(tǒng)簡介質(zhì)量，除了要依賴各種“高級的”航向保持、航跡保持控制算法之船舶航向運動控制系統(tǒng)由航向給定環(huán)節(jié)、航向檢測環(huán)節(jié)、給外，還需十分注意舵機伺服系統(tǒng)這一舵角閉環(huán)的動態(tài)行為及其定航向與實際航向比較環(huán)節(jié)、控制器、執(zhí)行機構(gòu)

3、——舵、調(diào)節(jié)對與自動舵(航向環(huán)和航跡環(huán))之間的匹配。這一點雖然近來已逐步象——船等組成。航向控制問題包含兩個方面：航向保持和航向為人們所認識，但是單從自動舵設(shè)計者的角度進行努力不可能機動性。為了到達目的地和減少燃料的消耗，總是力求使船舶以根本解決問題，而必須從自動舵與操舵電液伺服系統(tǒng)的結(jié)合上一定的速度作直線航行，這就是船舶的航向保持問題，即航向穩(wěn)進行綜合考慮，在整個船舶運動控制的層次上，在設(shè)備的選型、定性問題；而當在預定的航線上發(fā)現(xiàn)障礙物或其它船舶時，或者安裝、管理以及控制方案的確定、控制算法的設(shè)計等諸多方面進在有限航道內(nèi)航行，必須及時改變航速和航向，這就是船舶航行行細致的工

4、作，協(xié)調(diào)處理，方能收到良好效果J。的機動性問題。這兩個方面是衡量一艘船舶操縱性好壞的標志，從控制理論基礎(chǔ)的觀點來看，舵機伺服系統(tǒng)實際上是在隨機信操縱性直接關(guān)系到船舶的使用效能和安全性。因此，船舶航向控號作用下的隨動系統(tǒng)。偏航信號是由作用在艦船上的風、流、浪等干制主要分航向保持與航向改變兩種模式。當船舶處于某個設(shè)定航擾所引起的。偏航信號經(jīng)過放大變換去控制舵機轉(zhuǎn)動舵葉，使艦船線航行時，即航向保持問題；當設(shè)定航向發(fā)生改變時，船舶需要打在舵板產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩作用下，回到原航向上，從而消除偏航。因此舵回轉(zhuǎn)，即船舶跟蹤問題，前者是是船舶在受到各種擾動時以最和其它伺服系統(tǒng)一樣，舵機伺服系統(tǒng)也

5、是由敏感元件、放大元件、轉(zhuǎn)小的控制力保持在設(shè)定航向上，后者希望以最小的超調(diào)迅速準確換元件、執(zhí)行元件以及反饋元件等組成的一個閉環(huán)系統(tǒng)。地跟蹤新的設(shè)定航向[』]。本文主要研究船舶航向保持問題。敏感元件：為了測量艦船偏離給定航向大小，并將其偏航信船舶在運動過程中，指令航向由指揮人員給定，船舶的實際號輸送給自動操舵系統(tǒng)。艦船上敏感元件是由羅經(jīng)航向發(fā)送器航向～般由羅經(jīng)來測量，在受到外界干擾的情況下，會使船舶偏和與其同步聯(lián)接在自動操舵系統(tǒng)中的航向接收器組成。接收器航，羅經(jīng)所測得的實際航向與給定的航向進行比較，得出航向誤把偏航信號傳給自動操舵儀系統(tǒng)。敏感元件既反映艦船在外力差信號，該信號送

6、到自動舵系統(tǒng)中，自動舵系統(tǒng)根據(jù)所規(guī)定的控作用下對給定航向的偏差，也能反映在舵的作用下艦船的運動。制規(guī)律進行計算，得出一個舵角指令，在舵機的作用下，將舵轉(zhuǎn)放大轉(zhuǎn)換元件：放大敏感元件的信號，滿足控制舵機裝置的到所需的角度，使船舶修正航向，反復進行測量，直到實際航向要求。當采用電動液壓舵機時，對于水面艦船通常多數(shù)用半導體與給定航向相一致，自動舵系統(tǒng)輸出零舵角指令信號，船舶按照放大器，對于潛艇除半導體放大器外，為了便于綜合多個信號，指令航向進行航向_2】。有時還用磁放大器。當采用電動舵機時，多數(shù)用電機放大器或可2船舶航向控制系統(tǒng)建?？毓枳鳛楣β史糯笤?。對于電動液壓舵機來講，轉(zhuǎn)換元件

7、就是2．1船舶航向控制器模型將經(jīng)過放大了的電信號轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械的或液壓的信號，借以驅(qū)動船舶航向控制器是總結(jié)了人的操舵規(guī)律而設(shè)計的裝置，是液壓執(zhí)行機構(gòu)——舵機。因此，對于電動液壓自動操舵系統(tǒng)，這用來控制船舶航向的設(shè)備，能使船舶在預定的航向上運行，它能也是一個很關(guān)鍵的元件。因為它通常亦起放大作用，故和放大器克服使船舶偏離預定航向的各種干擾影響，使船舶自動地穩(wěn)定一起稱為放大轉(zhuǎn)換元件。我國制造的艦船應用最普遍的轉(zhuǎn)換元在預定的航向上運行，是操縱船舶的關(guān)鍵設(shè)備，又稱自動操舵裝件有三種：電磁閥、伺服閥與伺服電機。前兩種將