基于航向目標軌跡的船舶操縱的參數(shù)設(shè)計與仿真.pdf

1、隨著航運事業(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，具有很大的慣性，對船舶的操縱控制要求高。另一方面，航運量的不斷增大，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)濟性，對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。
　　伴隨著自動控制理論和技術(shù)的發(fā)展，二十世紀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自動舵現(xiàn)今被稱為第一代自動舵;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)用于自動舵的研制，由此誕生了自適應(yīng)自動舵。然而，由于船舶運動的復(fù)雜性以及其受到的環(huán)境影響是隨機的、難以預(yù)測的，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動往往是以船舶的搖蕩運動與操縱運動時可分離的假設(shè)為前提進行的，而實際上操舵對搖蕩運動有

3、很大的影響，特別是對橫搖與艏搖。船速高、重心高度大、穩(wěn)定性差的船，橫傾對水平面運動影響比較大，在回轉(zhuǎn)時表現(xiàn)更為突出，甚至在回轉(zhuǎn)時會有傾覆的可能;操舵會產(chǎn)生橫傾力矩而影響船的橫搖。船體運行于較大波浪中時，船體的水平作用力的作用點與重心不在同一高度，因此也會產(chǎn)生橫傾力矩?？梢?，橫搖運動與水平面運動時強力耦合的，而這種相互耦合的運動根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可被擬合為多種非線性函數(shù)的形式?？梢姶暗倪\動本質(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、線性運動模型進行控制系統(tǒng)設(shè)計。
　　本文首先建立船舶數(shù)學(xué)模型，對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行分析，重點確定主要航向影響參數(shù);其次選定直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機作為航向改變設(shè)備，分析其工作原理，設(shè)計滿足航向改變需求的直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機伺服系統(tǒng)參數(shù)，并通過建模、仿真對其穩(wěn)定性及跟蹤性能進行分析;最后對模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在船舶航跡控制領(lǐng)域的應(yīng)用進行分析，設(shè)計相應(yīng)船舶航向/航跡神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，通過仿真驗證控制器可行性，從而實現(xiàn)船舶由