船舶行驶速度控制的数学建模与仿真分析
发布时间：2021-08-24 19:07
船舶作为水上交通工具,对其行驶速度进行有效控制,除了能够进一步提升船舶航行的自动化程度之外,还能保证船舶在水面上的航行安全性,使其按照预先设定好的航线行驶,避免发生碰撞。船舶行驶速度控制是研究的重点课题之一,传统的控制方法以PID和模糊控制为主,虽然能够达到一定的控制效果,但系统的运行稳定性比较差。鉴于此,本文依托非线性理论,提出一种全新的船舶行驶速度控制系统,对该系统的数学建模与仿真进行论述。结果表明,本文开发的控制器比传统PID控制器的稳定性高很多,具有使用价值。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(24)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
船舶行驶速度控制系统的动态结构示意图Fig.1Dynamicstructurediagramofshipspeedcontrolsystem
40(2A):53–55.[2]庄绪州,张勤进,刘彦呈,等.船舶全电力推进系统恒功率负载有源阻尼控制策略[J].电工技术学报,2020(1):21–24.[3]骆寒冰,佟海兵,谢芃,等.动力定位船舶循迹控制海上实测与数值模拟研究[J].中国造船,2020(3):39–42.[4]刘向辰.一种基于转矩扰动观测器+重复控制的船舶永磁同步电机矢量控制技术[J].电机与控制应用,2020(5):87–89.[5]朱永欣,张晓锋,黄靖.基于功率调节裕度的船舶汽发机组非线性控制切换策略[J].中国电机工程学报,2020(6):121–123.[6]图4存在干扰下的控制效果示意图Fig.4Schematicdiagramofcontroleffectunderinterference第42卷黄晓悦：船舶行驶速度控制的数学建模与仿真分析·39·
间进行确定。为便于分析论证，以某型号的船舶为实验对象，采用仿真的方法，验证控制器的效果。将该船舶在水面上的行驶初始速度设定为0km，并将航速设定为10km，在行驶过程中，本次设计的控制器与传统PID控制的效果分别如图2和图3所示。图2行驶速度控制效果示意图Fig.2Thecontrollerspeedcontroleffectdiagram图3传统PID控制器行驶速度控制效果示意图Fig.3SchematicdiagramofdrivingspeedcontroleffectoftraditionalPIDcontroller可以清楚地看到，在相同的条件下，本文设计的控制器对船舶行驶速度的控制效果要明显优于传统的PID控制器。无任何干扰时，2个控制器都能够保持稳定，而传统的PID的稳定时间更长一些。有干扰时，从图4可以看出，本次设计的控制器虽然在初期时存在轻微振荡，但后续达到稳定，而传统的PID控制器并未达到稳定，说明干扰对传统的PID控制器产生非常大的影响，致使其无法稳定运行，控制效果大幅度降低。3结语对船舶的行驶速度进行控制，能够使船舶保持安全航行，避免碰撞事故的发生。传统的PID控制系统稳定性不足，本文依托非线性理论，设计开发一款全新的行驶速度控制器，经过仿真验证，该控制器的稳定性高于传统的PID，具有使用价值。参考文献：郭杰,刘轶华,马利华.基于多模态快速非奇异终端滑模的船舶航迹跟踪自抗扰控制[J].中国航海,2020(6):75–77.[1]卢飒.无速度传感器高性能交流调速控制在船舶设计中的应用[J].舰船科学技术,2018,40(2A):53–55.[2]庄绪州,张勤进,刘彦呈,等.船舶全电力推进系统恒功率负载有源阻尼控制策略[J].电工技术学报,2020(1):21–24.[3]骆寒冰,佟海兵,谢芃
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多模态快速非奇异终端滑模的船舶航迹跟踪自抗扰控制[J]. 郭杰,刘轶华,马利华. 中国航海. 2020(02)
[2]基于功率调节裕度的船舶汽发机组非线性控制切换策略[J]. 朱永欣,张晓锋,黄靖. 中国电机工程学报. 2020(19)
[3]一种基于转矩扰动观测器+重复控制的船舶永磁同步电机矢量控制技术[J]. 刘向辰. 电机与控制应用. 2020(05)
[4]动力定位船舶循迹控制海上实测与数值模拟研究[J]. 骆寒冰,佟海兵,谢芃,盛世民. 中国造船. 2020(01)
[5]船舶全电力推进系统恒功率负载有源阻尼控制策略[J]. 庄绪州,张勤进,刘彦呈,郭洪智,张博. 电工技术学报. 2020(S1)
[6]无速度传感器高性能交流调速控制在船舶设计中的应用[J]. 卢飒. 舰船科学技术. 2018(08)
本文编号：3360553
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(24)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
船舶行驶速度控制系统的动态结构示意图Fig.1Dynamicstructurediagramofshipspeedcontrolsystem
40(2A):53–55.[2]庄绪州,张勤进,刘彦呈,等.船舶全电力推进系统恒功率负载有源阻尼控制策略[J].电工技术学报,2020(1):21–24.[3]骆寒冰,佟海兵,谢芃,等.动力定位船舶循迹控制海上实测与数值模拟研究[J].中国造船,2020(3):39–42.[4]刘向辰.一种基于转矩扰动观测器+重复控制的船舶永磁同步电机矢量控制技术[J].电机与控制应用,2020(5):87–89.[5]朱永欣,张晓锋,黄靖.基于功率调节裕度的船舶汽发机组非线性控制切换策略[J].中国电机工程学报,2020(6):121–123.[6]图4存在干扰下的控制效果示意图Fig.4Schematicdiagramofcontroleffectunderinterference第42卷黄晓悦：船舶行驶速度控制的数学建模与仿真分析·39·
间进行确定。为便于分析论证，以某型号的船舶为实验对象，采用仿真的方法，验证控制器的效果。将该船舶在水面上的行驶初始速度设定为0km，并将航速设定为10km，在行驶过程中，本次设计的控制器与传统PID控制的效果分别如图2和图3所示。图2行驶速度控制效果示意图Fig.2Thecontrollerspeedcontroleffectdiagram图3传统PID控制器行驶速度控制效果示意图Fig.3SchematicdiagramofdrivingspeedcontroleffectoftraditionalPIDcontroller可以清楚地看到，在相同的条件下，本文设计的控制器对船舶行驶速度的控制效果要明显优于传统的PID控制器。无任何干扰时，2个控制器都能够保持稳定，而传统的PID的稳定时间更长一些。有干扰时，从图4可以看出，本次设计的控制器虽然在初期时存在轻微振荡，但后续达到稳定，而传统的PID控制器并未达到稳定，说明干扰对传统的PID控制器产生非常大的影响，致使其无法稳定运行，控制效果大幅度降低。3结语对船舶的行驶速度进行控制，能够使船舶保持安全航行，避免碰撞事故的发生。传统的PID控制系统稳定性不足，本文依托非线性理论，设计开发一款全新的行驶速度控制器，经过仿真验证，该控制器的稳定性高于传统的PID，具有使用价值。参考文献：郭杰,刘轶华,马利华.基于多模态快速非奇异终端滑模的船舶航迹跟踪自抗扰控制[J].中国航海,2020(6):75–77.[1]卢飒.无速度传感器高性能交流调速控制在船舶设计中的应用[J].舰船科学技术,2018,40(2A):53–55.[2]庄绪州,张勤进,刘彦呈,等.船舶全电力推进系统恒功率负载有源阻尼控制策略[J].电工技术学报,2020(1):21–24.[3]骆寒冰,佟海兵,谢芃
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多模态快速非奇异终端滑模的船舶航迹跟踪自抗扰控制[J]. 郭杰,刘轶华,马利华. 中国航海. 2020(02)
[2]基于功率调节裕度的船舶汽发机组非线性控制切换策略[J]. 朱永欣,张晓锋,黄靖. 中国电机工程学报. 2020(19)
[3]一种基于转矩扰动观测器+重复控制的船舶永磁同步电机矢量控制技术[J]. 刘向辰. 电机与控制应用. 2020(05)
[4]动力定位船舶循迹控制海上实测与数值模拟研究[J]. 骆寒冰,佟海兵,谢芃,盛世民. 中国造船. 2020(01)
[5]船舶全电力推进系统恒功率负载有源阻尼控制策略[J]. 庄绪州,张勤进,刘彦呈,郭洪智,张博. 电工技术学报. 2020(S1)
[6]无速度传感器高性能交流调速控制在船舶设计中的应用[J]. 卢飒. 舰船科学技术. 2018(08)
本文编号：3360553
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