船舶舵机建模与航迹舵系统研究

发布时间：2017-05-19 21:25

  本文关键词：船舶舵机建模与航迹舵系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 随着航运业的发展,港口日趋繁忙,对船舶航行的安全性和经济性要求不断提高,对航向、航迹的控制精度要求也越来越高;现有的船舶控制系统以航向控制或间接航迹控制系统为主,其控制性能和结构都有待进一步的提高。因此,综合考虑船舶控制系统的各个部分(如舵机伺服系统),设计控制精度高的船舶控制系统已成为当今一个重要的研究课题。本课题的主要任务是在实际液压舵机模型和船舶四自由度模型的基础上,考虑船舶所受到的环境干扰力影响,对船舶航迹控制的两种方式及控制算法进行了研究。 首先,利用MMG(Manoeuvring Mathematical Model Group)建模思想建立了船舶四自由度分离型数学模型及所受环境干扰力(风浪流)模型,基于谱分析理论对变动风和不规则波进行了仿真研究。针对船舶运动控制系统的主要执行机构—液压舵机系统,详细讨论了在船和螺旋桨干扰下的舵力和力矩的计算方法;以某一型号的液压舵机为对象,考虑舵机系统各部分的运动方程及其系统的控制方法,使用SIMULINK工具箱,在一定简化条件下建立了其动态数学模型,充分考虑操舵伺服系统这一舵角闭环的动态行为。 船舶的航迹控制是本文另一个重点研究内容,其中对航迹控制的控制方式、航迹误差的计算以及转向航迹段的控制策略进行了研究。针对间接法和直接法,采用开关切换型模糊-PID和PID两种算法设计了航迹控制器。不同的海情下,在转向航迹段使用转向控制策略,使用开关切换型模糊-PID控制器对航迹控制进行了仿真。 本文所设计的船舶航迹控制系统,对大型水面舰船的航行安全有一定参考价值,其中转向处转向控制策略的增加进一步提高了航迹跟踪的精度;液压舵机作为船舶运动控制系统的一个子系统,数学模型的建立及对其动态特性的研究,为研究船舶航向、航迹控制的准确性提供了条件。
【关键词】：航迹控制 液压舵机模型 转向航迹段 模糊-PID
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U666.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景和意义10-12
• 1.2 船舶自动舵的研究现状12-15
• 1.3 模糊控制在自动舵应用中的研究现状15-17
• 1.4 本文研究内容17-18
• 第2章 船舶运动及环境干扰力数学模型18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 环境干扰力数学模型18-28
• 2.2.1 风的干扰力模型18-22
• 2.2.2 浪的干扰力模型22-26
• 2.2.3 流的干扰力模型26-28
• 2.3 船舶运动数学模型28-31
• 2.3.1 船舶运动的坐标系统28-29
• 2.3.2 船舶运动操纵方程29-30
• 2.3.3 螺旋桨流体动力及力矩30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 液压舵机模型及航迹控制方法分析32-51
• 3.1 引言32
• 3.2 舵机模型及舵力的计算32-42
• 3.2.1 舵力及力矩的计算32-35
• 3.2.1.1 舵正压力的计算33-35
• 3.2.1.2 有效功角的计算35
• 3.2.1.3 舵系数的计算35
• 3.2.2 液压舵机模型及其自身控制系统35-42
• 3.2.2.1 通用舵机简化模型36
• 3.2.2.2 舵机系统建模条件和工作原理36-37
• 3.2.2.3 舵机系统建模及仿真结果37-42
• 3.3 航迹控制的方式42-44
• 3.3.1 直接法航迹控制42-43
• 3.3.2 间接法航迹控制43-44
• 3.4 转向航迹段控制策略及仿真结果44-48
• 3.5 直线航迹段航迹误差计算方法48-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第4章 船舶航迹模糊-PID控制51-64
• 4.1 引言51-52
• 4.2 数字PID控制原理52-54
• 4.3 模糊控制相关原理54-60
• 4.3.1 模糊控制概述54-55
• 4.3.2 精确量的模糊化55-57
• 4.3.3 模糊控制知识库57-59
• 4.3.4 模糊推理方法59
• 4.3.5 模糊量的精确化59-60
• 4.4 模糊PID控制的三种形式在船舶控制中的应用60-63
• 4.4.1 混合型模糊PID控制器60-61
• 4.4.2 开关切换型模糊PID控制器61-62
• 4.4.3 模糊自整定PID控制器62-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第5章 船舶航迹舵设计及仿真分析64-78
• 5.1 引言64
• 5.2 间接法航迹控制器设计64-69
• 5.2.1 间接法模糊-PID航迹控制器64-68
• 5.2.2 不同海情下间接法模糊-PID航迹控制器仿真结果68-69
• 5.3 直接法航迹控制器设计69-73
• 5.3.1 直接法模糊-PID航迹控制器70-73
• 5.3.2 不同海情下直接法模糊-PID航迹控制器仿真结果73
• 5.4 航迹控制中使用两种控制方式和两种舵机模型仿真结果73-76
• 5.5 本章小结76-78
• 结论78-80
• 参考文献80-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果83-84
• 致谢84

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 李涛;基于以太网的船舶航迹控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

2 陆灏铭;船舶运动仿真平台的研究与设计[D];广东工业大学;2012年

  本文关键词：船舶舵机建模与航迹舵系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：379911