基于航向目標(biāo)軌跡的船舶操縱的參數(shù)設(shè)計(jì)與仿真.pdf

1、隨著航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，船舶逐步朝向大型化、高速化、智能化方向發(fā)展。超大型船舶在航行時(shí)，具有很大的慣性，對(duì)船舶的操縱控制要求高。另一方面，航運(yùn)量的不斷增大，船舶航行密度越來越大，航道及港口變得相對(duì)狹窄，船舶操縱變得更加困難和復(fù)雜。為保證安全，提高航行的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)船舶的操縱性能提出了更高的要求，因而有必要采用新的控制理論和技術(shù)，研究性能更好的船舶操縱控制策略。
　　伴隨著自動(dòng)控制理論和技術(shù)的發(fā)展，二十世紀(jì)五十年代古典控制理論被應(yīng)用到船舶

2、控制系統(tǒng)的研究，其研究的產(chǎn)物—PID自動(dòng)舵現(xiàn)今被稱為第一代自動(dòng)舵;七十年代末，模型參考自適應(yīng)控制和最小方差自校正控制等自適應(yīng)控制技術(shù)又相繼應(yīng)用于自動(dòng)舵的研制，由此誕生了自適應(yīng)自動(dòng)舵。然而，由于船舶運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性以及其受到的環(huán)境影響是隨機(jī)的、難以預(yù)測(cè)的，因此，上述控制算法均未能徹底解決船舶航向的控制問題。
　　直至九十年代研究發(fā)現(xiàn)，以往研究船的搖蕩運(yùn)動(dòng)往往是以船舶的搖蕩運(yùn)動(dòng)與操縱運(yùn)動(dòng)時(shí)可分離的假設(shè)為前提進(jìn)行的，而實(shí)際上操舵對(duì)搖蕩運(yùn)動(dòng)有

3、很大的影響，特別是對(duì)橫搖與艏搖。船速高、重心高度大、穩(wěn)定性差的船，橫傾對(duì)水平面運(yùn)動(dòng)影響比較大，在回轉(zhuǎn)時(shí)表現(xiàn)更為突出，甚至在回轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有傾覆的可能;操舵會(huì)產(chǎn)生橫傾力矩而影響船的橫搖。船體運(yùn)行于較大波浪中時(shí)，船體的水平作用力的作用點(diǎn)與重心不在同一高度，因此也會(huì)產(chǎn)生橫傾力矩?？梢?，橫搖運(yùn)動(dòng)與水平面運(yùn)動(dòng)時(shí)強(qiáng)力耦合的，而這種相互耦合的運(yùn)動(dòng)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可被擬合為多種非線性函數(shù)的形式。可見船舶的運(yùn)動(dòng)本質(zhì)是耦合非線性、大干擾的過程，所以有必要基于船舶的非

4、線性運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
　　本文首先建立船舶數(shù)學(xué)模型，對(duì)船舶航行過程中的由風(fēng)、浪等自然條件形成的船舶受力情況進(jìn)行分析，重點(diǎn)確定主要航向影響參數(shù);其次選定直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)作為航向改變?cè)O(shè)備，分析其工作原理，設(shè)計(jì)滿足航向改變需求的直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)伺服系統(tǒng)參數(shù)，并通過建模、仿真對(duì)其穩(wěn)定性及跟蹤性能進(jìn)行分析;最后對(duì)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在船舶航跡控制領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)相應(yīng)船舶航向/航跡神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，通過仿真驗(yàn)證控制器可行性，從而實(shí)現(xiàn)船舶由