船舶航迹舵控制技术研究与设计
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船舶舵机系统的设计与建模研究船舶舵机系统作为航行安全的保障之一,其设计和建模显得尤为重要。
船舶舵机系统不仅影响着船舶的稳定性和航行性能,而且还涉及到人员安全和船舶的经济效益。
本文将从舵机系统的概念入手,探讨舵机系统的设计和建模,旨在为相关领域的研究提供一些帮助。
一、舵机系统的概念舵机系统是自动控制装置,使用电信号控制船舶舵的转动,可以帮助船舶实现准确的转向和当场制动。
它通常包括舵机齿轮、电动机、滚珠丝杆、伺服阀和计算机控制单元等组成部分。
舵机系统的设计需要考虑船舶型号、船舶尺寸、船舶使用环境以及需要完成的任务,合理的舵机系统设计能够实现良好的船舶航行性能和控制准确性。
二、舵机系统的设计船舶舵机系统的设计可以分为机械结构设计和电气控制系统设计两个方面。
机械结构设计需要考虑舵机材料的选择、舵机机构的设计和优化等问题。
电气控制系统设计需要考虑电路的设计和优化、信号处理系统的设计和实现。
下面将分别介绍这两个方面的设计。
(一)机械结构设计在机械结构设计中,需要考虑如下几个方面。
1.舵机主体材料的选择:舵机主体材料的选择应考虑实用性、耐久性和重量等因素,以适应船舶的使用环境和性能要求。
2.舵机机构的优化设计:舵机机构的设计应优化设计,达到减少重量和空间占用的目的。
舵机的设计中也要考虑用途,例如海洋工程船需要对舵机进行特殊适应,以适应各种不同种类的工作需要。
3.舵机的自动化:舵机的自动化,包括机电一体化和智能化设计。
这种自动化可以加快控制系统的反应速度,使得船舶控制更加精确,从而提高航行安全性。
(二)电气控制系统设计在电气控制系统设计中,需要考虑如下几个方面。
1.电路的设计和实现:电路的设计和实现是舵机系统中最为重要的部分之一,其质量的好坏直接影响着舵机的控制效果。
在电路设计中,需要考虑电路器件的选择和安装,以及电流大小和电压稳定性等方面问题。
2.信号处理系统的设计和实现:信号处理系统的设计和实现可以大大提高舵机的控制效果和精度。
船舶运动控制系统的建模与优化设计船舶运动控制系统是现代船舶自主导航的核心,其设计与优化对于船舶的安全性、航行效率、能耗等方面具有至关重要的作用。
本文将分别就船舶运动控制系统建模和优化设计两个方面进行探讨。
一、船舶运动控制系统建模船舶运动控制系统一般包括自动舵控系统和主机电控系统,二者在船舶航行中协同作用,保证船舶运动的稳定性和效率。
在进行船舶运动控制系统建模时,需要考虑船舶的船型、物理特性、环境因素等多个因素的影响。
1. 船舶运动模型船舶运动模型是船舶运动控制系统建模的基础,其模拟船舶在水中运动时的运动规律,根据不同的需要可建立包括六自由度运动模型、航迹追踪模型、动力学模型等。
其中,六自由度运动模型能够有效地描述船舶在海上的运动状态,包括横向剪切、姿态、滚转、俯仰等关键参数。
2. 自动舵控系统模型自动舵控系统模型用于描述自动舵控系统的工作原理和控制方法,其中自动舵的控制算法是关键。
常见的自动舵控制算法有PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
3. 主机电控系统模型主机电控系统模型主要描述主机如何控制船舶的行进速度和方向,其关键要素是主机故障诊断、主机的动力学模型等。
同时,还需要对主机控制系统的回路进行建模、仿真。
二、船舶运动控制系统优化设计针对船舶运动控制系统的优化设计,主要关注船舶的航速、油耗、航迹精度等指标,同时还需控制船舶的纵横摇、螺旋桨汽蚀等不良因素。
1. 控制自动舵的响应速度自动舵的响应速度关系到船舶的稳定性,对其进行优化设计是提高船舶自主导航能力的关键之一。
具体做法包括调整舵机命令滤波时间常数、确定船舶航向的导引器位置、提高陀螺罗盘的稳定性等。
2. 优化主机控制策略合理的主机控制策略可以降低船舶的油耗、提高船速等指标,适当减小主机转速波动、改进主机排放等措施可以提高主机的控制精度。
3. 选用无侵入式传感器技术无侵入式传感器技术可以测量船舶关键参数,如船体振动、流场状态等,对船舶运动控制系统的优化设计具有重要的作用。
无人船舶中的航迹规划与协同控制系统设计无人船舶作为一种无需人员操纵的船舶,根据事先设定的航线和任务,在海洋中自主航行执行各项工作。
而航迹规划与协同控制系统则是无人船舶实现自主航行和任务执行的核心技术。
本文将围绕航迹规划与协同控制系统的设计展开讨论,分析其中的关键要素和技术挑战。
首先,航迹规划是无人船舶中航行路径的设定和计划的过程。
航迹规划的目标是使无人船舶能够高效、安全地完成预定任务,并考虑到环境因素和航行要求。
在设计航迹规划系统时,需要考虑以下几个方面:一是环境感知和定位。
无人船舶需要借助各种传感器技术获取周围环境的信息,如海洋测深、潮汐、海流等数据,以便规划出最佳航线。
同时,定位技术的准确性也直接影响航迹规划的精确度和可行性。
二是任务约束和船舶性能。
在规划无人船舶的航迹时,需要考虑船舶自身的性能参数,如船速、航向稳定性等,并结合任务要求制定相应的约束条件,保证船舶能够按时完成任务。
三是航行安全性。
航迹规划系统需要考虑航行安全性,避免与其他船只或障碍物相撞,并根据实时环境信息进行合理的避碰和航线调整。
基于以上要素,航迹规划系统可采用多种方法,如经典的基于规则的方法、基于优化算法的方法以及基于机器学习的方法。
其中,基于规则的方法是传统的航迹规划方法,通过预设规则和经验知识来制定航线。
而基于优化算法的方法可以通过数学模型和计算调整航线,以实现最优路径规划。
此外,近年来应用起来更加广泛的是基于机器学习的方法,通过训练模型来学习航线和环境之间的关系,从而实现智能航迹规划。
协同控制是无人船舶中保证多艘船舶之间协调运行的重要技术。
在无人船舶系统中,协同控制系统负责保持无人船舶之间的合理距离、避免碰撞、协同工作等。
协同控制系统的设计涉及以下方面:一是通信与协作。
无人船舶之间需要进行实时通信,共享位置信息、任务信息等。
在设计协同控制系统时,需要选择适合的通信协议和通信手段,并考虑通信网络的可靠性和鲁棒性,以保证船舶之间的协作顺利进行。
GUANGDONG SHIPBUILDING 广东造船2019年第4期(总第167期) 设计与研究作者简介:王志恩(1977-),男,硕士。
主要从事船舶电气设计工作。
苏珍莉(1983-),女,工程师。
主要从事船舶电气设计工作。
收稿日期:2019-07-04浅谈航迹控制系统(TCS)设计王志恩1,苏珍莉2(1.海装装备技术合作中心,北京 100841; 2.广州船舶及海洋工程设计研究院,广州510250)摘 要:本文收集各国船级社对航迹控制系统的配置要求,介绍航迹控制系统的组成配置、接口设计、功能要求、系统报警及系统设计中需要注意的事项,分析航迹控制系统未来的发展前景。
关键词:TCS;自动舵;电子海图中图分类号:U666.1 文献标识码:ADesign of Track Control System (TCS)WANG Zhien 1, SU Zhenli 2( 1.Naval Armament Technical Cooperation Center, Beijing 100841; 2. Guangzhou Marine Engineering Corporation, Guangzhou 510250 )Abstract: This paper mainly collects the configuration requirements of various classification societies for the track control system, introduces the composition and configuration of the track control system, interface design, functional requirements, system alarm and discusses the relevant matters needing attention in the system design, and analyzes the future development prospect of the track control system.Key words: TCS; Autopilot; ECDIS1 前言随着船舶自动化、智能化水平的不断提高,人们对安全便捷的驾驶方式的需求日益增大,使得航迹控制系统(简称TCS)也越来越受到船东们的重视。
船舶导航控制系统中的PID控制算法研究与优化摘要:本文从船舶导航控制系统中的PID控制算法的原理和应用入手,探讨了PID控制算法的优化方案,并针对实际应用中的问题,提出了相应的改进策略,为船舶导航控制系统的优化提供了参考。
导航控制是船舶航行过程中的重要环节,但船舶导航控制系统面临的挑战包括环境因素、海洋动力学、自然灾害等诸多因素。
因此,为了确保船只的安全,需要建立一套可靠的导航控制系统。
船舶导航控制系统中,PID控制算法是目前应用最广泛的算法之一。
PID控制算法包含了比例、积分和微分三个部分,可以有效控制船只的航向角和航速。
然而,传统的PID控制算法存在一些问题,例如控制精度低、响应时间长等。
为了优化船舶导航控制系统中的PID控制算法,需要考虑以下几个方面:1. 系统建模与参数调节在实际应用中,不同的船只具有不同的动力学特性,因此需要对系统进行建模,以准确地描述船只的运动状态。
同时,需要通过调整PID控制算法中的参数,以便适应不同的船体运动特性和航行动态,从而提高控制精度和响应速度。
2. 线性化技术对于非线性的船体运动特性,可以采用线性化技术进行处理。
通过将非线性船体运动模型转化为线性模型,可以更加准确地控制船只的姿态和速度,并进一步提高控制精度和响应速度。
3. 自适应控制策略自适应控制策略可以根据实时船体运动状态的变化,自动调整控制参数,以适应变化的环境和负载条件。
这种策略可以进一步提高系统的鲁棒性和控制效果。
4. 智能控制算法基于人工智能的控制算法,如模糊控制算法、神经网络控制算法等,可以更好地适应船只复杂的运动环境和海洋动力学特性,从而提高船舶导航控制系统的控制精度和响应速度。
总之,船舶导航控制系统中的PID控制算法是一个复杂的控制过程,需要综合考虑多个因素,进行优化设计。
本文提出的优化方案和改进策略为船舶导航控制系统的改善提供了重要参考价值。
未来,通过进一步的研究和实践,可以不断提高船舶导航控制系统的性能和鲁棒性,为船只的航行安全提供更加可靠的保障。
船舶辅助设备中的船舶舵机系统设计与控制摘要:随着现代船舶辅助设备的快速发展,船舶舵机系统作为其中重要的部分,扮演着至关重要的角色。
船舶舵机系统的设计和控制策略对于船舶的操纵和稳定性至关重要。
本文从舵机系统的组成部分、参数选取、控制策略和应用发展等方面,对船舶舵机系统的设计与控制进行了详细介绍。
同时,也探讨了船舶舵机系统未来的发展方向,为船舶舵机系统的进一步提升和优化提供了一些有价值的思路和参考。
关键词:船舶辅助设备;船舶舵机系统;设计与控制引言船舶辅助设备中的船舶舵机系统设计与控制是船舶操纵和稳定性的关键因素之一。
舵机系统负责转动船舵以改变船舶的航向,而良好的设计和控制策略能够确保船舶的安全和操作的灵活性。
本文旨在深入探讨船舶舵机系统的设计原理和控制方法,包括系统的组成部分、参数设定和控制算法。
同时,我们还将探讨船舶舵机系统的应用领域和未来发展趋势,为船舶行业的技术进步和创新提供有益的指导和启示。
1.船舶舵机系统的设计1.1舵机系统的组成部分船舶舵机系统是由多个组成部分组成,每个部分都发挥着重要的作用,确保船舶能够准确、灵活地控制舵角。
主要的组成部分包括:舵机:舵机是舵机系统的核心部件,负责转动舵盘以改变舵角。
它通常由电机、减速器和位置反馈装置组成。
舵机的性能和质量直接影响舵机系统的稳定性和精确性。
舵机控制系统:舵机控制系统负责接收船舶操纵指令,并将信号转化为适当的电信号,控制舵机的运动。
它通常由舵机控制器、传感器和通信设备组成,确保舵机按照预定的舵角运动。
舵盘和传动装置:舵盘是操纵舵机的手柄,船舶操作员通过舵盘控制舵机的运动。
传动装置将舵盘的旋转运动转化为舵机的线性运动,使舵机能够改变舵角。
供电系统:舵机系统需要稳定的电源供电,以保证舵机的正常运行。
供电系统通常由电池、发电机和电源管理设备组成,提供所需的电能。
控制台和显示设备:舵机系统的控制台和显示设备用于监控舵机系统的运行状态和舵角变化。
操作员可以通过控制台上的按钮和控制杆来操纵舵机系统,并通过显示设备实时了解舵机系统的工作情况。
船舶舵机控制系统章节一:引言船舶舵机控制系统是船舶自动化控制系统中的重要组成部分。
舵机控制系统通过对舵机的控制,实现船舶航向的调整和稳定。
舵机控制系统具有关键性功能,对船舶的操纵性和安全性具有重要影响。
本章将介绍船舶舵机控制系统的研究背景与意义。
首先,分析了船舶舵机控制系统在航海安全和船舶性能改善方面的重要性。
其次,介绍了目前船舶舵机控制系统的研究现状及存在的问题。
最后,阐述了本文的研究目的和内容,以及研究方法和论文结构。
章节二:船舶舵机控制系统原理本章将详细介绍船舶舵机控制系统的原理。
首先,阐述了舵机的基本工作原理以及其在船舶操纵中的作用。
然后,介绍了船舶舵机控制系统的基本构成和工作流程。
包括舵机操纵信号的生成、传输和控制,以及船舶航向的调整和控制过程。
最后,介绍了船舶舵机控制系统的性能指标和评价方法。
章节三:船舶舵机控制系统算法优化本章将研究船舶舵机控制系统的算法优化。
首先,分析了目前舵机控制系统中存在的问题和不足之处。
然后,介绍了一种基于XXXX算法的舵机控制系统优化方法。
该方法基于XXXX原理,通过优化舵机控制算法,提高舵机的响应速度和准确性。
最后,通过实验验证了该优化方法的有效性和可行性。
章节四:结论与展望本章对全文进行总结,并对未来的研究方向进行展望。
首先,总结了本文对船舶舵机控制系统的研究内容和方法。
然后,回顾了本文的研究成果和创新点。
最后,对船舶舵机控制系统的进一步研究方向提出了建议,包括算法优化、系统集成和智能化控制等方面的研究。
通过这些进一步研究,可以进一步提高船舶舵机控制系统的性能和稳定性,为船舶操纵和航行安全提供更好的支持。
全文总结了船舶舵机控制系统的研究背景和意义,详细介绍了船舶舵机控制系统的原理和工作过程,研究了舵机控制系统的算法优化方法,并对未来的研究方向进行了展望。
本文对船舶舵机控制系统的研究具有一定的参考价值,可为相关领域的研究和应用提供一些有益的思路和方法。
在船舶舵机控制系统的研究中,存在着一些挑战和问题。
船舶自动舵的设计吕振望,高帅(大连海事大学航海学院大连 116026 )摘要:自动舵作为船舶改变航向和保持船舶航行在给定航向上的重要设备,对于船舶航行的安全性和经济性具有至关重要的作用。
本文就自动舵设计所采用的二阶响应数学模型(Nomoto模型)进行了介绍。
同时,主要以在线自整定PID(Proportional Integral Differential)船舶自动舵为例,简述了继电型自整定PID控制的基本原理及PLC (Programmable Logic Controller)实现的基本方法,给出了基于PLC的在线自整定PID 船舶自动舵的设计原理和实现方案。
关键词:船舶自动舵;自整定PID;船舶0 引言自动舵是一种自动操舵装置控制系统,能模拟并代替人力操舵,还可和其他导航设备结合组成自动导航系统,使船舶全程无人驾驶成为可能,大大提高了自动化水平。
随着智能控制理论与计算机工业的飞速发展,许多新型的控制理论伴着微型计算机的广泛应用,同样也应用到自动舵上。
本文主要以自整定PID自动舵为例,说明了船舶自动舵的设计原理,对在自动舵设计中,所采用的数学模型进行了探讨,同时介绍自整定PID的算法以及如何正确地使用自动舵。
1 船舶自动舵的设计原理船舶自动舵的主要结构是控制系统,其标准反馈结构图1如下:信号部分r,d,y,u;控制部分K;被控对象部分P;和传感器部分M。
图1 控制系统的框图1.1 船舶运动响应模型研究船舶自动舵的设计需从船舶运动的数学模型开始,船舶运动的数学模型是船舶自动舵设计原理中很重要的一部分。
本文以响应模型[1]为例来说明船舶的运动。
响应模型略去了横漂速度,抓住船舶动态从舵角到航向的导数再到航向的主要脉络,所获得的微分方程可保留非线性影响,把风浪干扰作用折合成为某一种干扰舵角构成一种输入信号与实际舵角δ一道进入船舶模型。
该模型为Nomoto 模型的推广。
已知2阶Nomoto 模型为 δϕϕTK T 1='+'' (1) 对于某些静态不稳定船舶,式(1)左端第二项T ϕ'必须代之以一个非线性)(ϕ'H T K ,且3H ϕβϕαϕ'+'=')( (2) 于是非线性的2阶船舶运动响应模型成为 δϕϕTK H T K ='+'')( (3) 显然,在线性情况下为使(1)和(3)式一致,必须有.0K 1==βα,由此可看出ϕβα,,,,T K 的关系。
船舶操纵性能模拟和优化设计技术研究在现代船舶设计中,船舶操纵性能是一个非常重要的指标。
船舶操纵性能直接关系到船舶的安全性、航行性能以及操作人员的船舶操纵的难易程度。
因此,研究船舶操纵性能的模拟和优化设计技术对于提高船舶的操纵能力和提升船舶的性能非常必要。
船舶操纵性能的模拟研究主要通过计算机仿真来进行。
通过建立船舶运动数学模型,可以模拟出在不同操纵条件下船舶的运动轨迹、姿态变化等。
这些模拟结果可以用来预测船舶在不同航行状态下的操纵性能,帮助设计师优化船舶的设计参数以提高其操纵性能。
首先,船舶操纵性能模拟的关键是建立准确的船舶运动数学模型。
这个数学模型应该能够准确地描述船舶的运动特性,包括自由运动和操纵运动。
自由运动包括船舶的漂流运动、操舵运动和纵向运动等,而操纵运动则主要包括船舶的转弯和停止等操作。
建立这个数学模型需要考虑到船舶的外形参数、质量参数、操纵系统参数以及水动力参数等。
只有通过精确建模,才能得到准确的模拟结果。
其次,船舶操纵性能模拟还需要准确的操纵输入。
即通过模拟操纵系统,向数学模型提供准确的操纵指令。
这些操纵指令可以是舵角、舵转速、螺旋桨转速等。
这些指令的准确性对于模拟结果的准确性非常重要。
因此,在设计船舶操纵性能模拟时,需要考虑到操纵系统的灵敏度、延迟等因素。
另外,船舶操纵性能的模拟还需要考虑不同的航行状态。
船舶在不同航行状态下的操纵性能可能存在差异,因此需要在模拟中考虑到这些因素。
例如,船舶在不同海况下的操纵性能可能存在差异。
此外,船舶在不同负载条件下的操纵性能也可能有所不同。
因此,模拟中需要考虑到这些因素,并进行相应的优化设计。
在船舶操纵性能的优化设计中,可以通过改变船舶的几何形状、添加辅助设备或进行控制系统优化等方式来提高船舶的操纵性能。
一种常用的优化设计方法是流线型的优化。
通过改变船舶的几何造型,尤其是船舶的船型和船尾形状,可以减小船舶在操纵时的水动力阻力,提高船舶的操纵性能。
开题报告电气工程及其自动化船舶舵机控制系统改进设计一、综述本课题国内外研究动态,说明选题的依据和意义舵机是保持或改变船舶航向,保证船舶安全运行的重要设备,素有“舵机是舰船的生命”之称.目前低速柴油机船舶,均采用电液舵机. 远洋船舶上装备的都是远距离控制自动操舵仪,简称自动舵,几乎全部是电动液压舵机。
电液舵机分为阀控型和泵控型两种,阀控型舵机系统简单,造价低,控制方便,但传统大多采用一般的换向阀,液压冲击较大,可靠性较低.随着自动化技术和液压技术的发展,电液伺服系统以其控制精度高、响应速度快、信号处理灵活、输出功率大等优点,在船舶电液舵机系统中应用越来越广泛.计算机仿真技术的发展,使得液压系统的动、静态特性可以通过仿真分析来得到.当舵机损坏或发生故障,船舶将因丧失机动性,而失去控制。
因此,一旦舵机失灵,后果不堪设想。
舵机是保证船舶机动性和生命力的主要设备之一,也是船上最重要的机电设备之一。
舵机由舵和拖动装置组成。
它的工作相当频繁,在进出港口和狭窄水域,每小时接通次数可达300~600 次,在江上航行时可高达1200 次。
工作负荷在偏舵过程中变化很大,有时可能出现过载,甚至出现堵转,因此要求偏舵速度稳而快,与其它辅机电力拖动有所不同,必须保证工作可靠。
近年来,着对航行安全及营运需求的增长,人们对自动舵的要求也日益提高,自动操舵仪的出现及自动化技术的成熟运用为船舶无人驾驶的发展目标奠定了基础。
根据船舶自动舵的发展历史和控制方法的不同,它大致可分为四个发展阶段,即机械舵、PID 舵、自适应舵和智能舵,其中智能舵为目前最先进的自动舵,它分为专家系统、模糊舵和神经网络舵等。
不管怎样,就整个船舶而言,各种设备系统很多,航行过程复杂,智能化程度不一,如果把他们统一到一种算法中进行系统设计,难度很大,适应力不强。
因此如何对船舶各种设备的控制进行协调,达到共同的控制目标,成为船舶航行运动控制中的首要问题。
正是基于这,对船舶舵机进行深入研究,并谈谈自己的看法。
船舶航迹舵控制技术研究与设计
航迹舵在船舶的操纵系统中是不可缺少的设备。
对航迹舵的要求随着运行安全效益的提高也日益提高。
综合我国现有的经济因素以及现有的航行设备来看,文章提出了一些新的控制轨迹间接式的方法。
对于轨迹的控制是文章很重要的一部分。
新的轨迹控制法,也就是间接式的轨迹控制是根据原先轨迹控制的基本原理以及类型和计算航迹的基础上来实现的。
这种新的方法航迹的控制是通过控制其航向来实现的。
这种新的控制航迹的方法在航海方面具有很大的潜力。
标签:航迹控制;航迹舵;PID控制
自动舵只是其俗称,全名是船舶自动操舵仪。
这个装备是根据发出的信号指令来进行控制航迹的。
它能代替人工的操作,并且能有效保证船舶在规定的航向上航行。
它的优点就是减少舵手劳动力,还能减少偏离值,从而使得航行时间的缩短,速度得到了相应的提高,便减少了燃料的燃烧。
能带来一定的经济效益。
自动舵的功能可以分为两种,一种是航向自动舵,还有另一种功能是航迹自动舵。
前者的具体功能是自动的保持或改变航向,减少偏值,而后者能够使船舶的航线航向得到更好的控制。
1 船舶操纵控制系统的现状以及发展
在整个船舶的操纵系统中离不开自动舵,这是一个很重要的设备,主要的功能是控制船舶的航向,人们早在20世纪20年代就开始了对自动舵的研究工作。
到现在为止,自动舵一共经历了4个发展过程。
1.1 机械式自动舵
德国的Aushutz和美国的Seprry早在1920年和1923年率先提出了关于机械式自动舵的研究方法。
这一设置是船舶自动舵的雏形,其方法是最原始的采用最简单的比例放大控制规律。
被历史称为第一代船舶自动舵。
1.2 PID自动舵
经典理论在20世纪50年代发展成为顶峰,其中存在着多种的航迹控制方法。
此时的微分和积分在工业领域中得到广泛的应用。
积分控制也就是相关的PID 控制。
日本在1950年研究出了关于PID自动舵,被称为北辰自动舵。
后来美国在1952年研究出了新型的Seprry自动舵,都是采用PID来进行控制的。
本来就有的鲁棒性以及参数易被调整和结构简单是PID自动舵所具有的特点。
由此PID 自动舵被广泛的认可。
这种操作仪器几乎存在于所有的船舶当中。
因此被称为第二代自动舵。
1.3 自适应自动舵
自适应自动舵有两大类控制设计。
第一种是可以根据自我校正的原理来设计的。
第二种是模型的自适应和参考来进行设计的。
模式是由美国麻省理工大学教授根据在航行过程当中出现的问题来设计的。
自我校正是Kalman在1958年根据相关的研究提出的。
那时相关航行理论和技术都不够成熟,所以自适应自动舵没有得到广泛应用。
到了70年代人们意识到了自适应自动舵的优点,决定将关于自适应自动舵的理论应用到实际的生活当中来。
于是实际的船舶当中也都纷纷装上了自适应自动舵,于是便形成了第三代自动舵。
1.4 智能自动舵
由于传统的方法对于控制限维、线性和时不变性具有一定的局限性,所以就要有新的控制航线方法。
因为在现实航行当中,其实际船舶系统具有不稳定、不确定性以及复杂性和非线性。
所以很难构成精确地模型方程,甚至是没有确定的分析式来表达。
然而自适应自动舵所具有的稳定性应用到实际的航行当中时还不能完全的达到要求,但是舵手具有很丰富的有关于这方面的知识,还是可以很好的控制航迹。
所以在80年代,人们就开始研究有关于这方面的人工控制航迹的方法。
这种新的人工操作舵就是第四代新自动舵。
现在已经有了三种关于这方面的智能控制,分别是神经网络控制、专家系统控制和模糊控制。
2 船舶运动控制仿真的设计
要想设计出有关于船舶运动控制仿真,就必须对这方面有一定的了解,才能生产出有关于航迹自动舵的产品。
只有通过好的实验再设计出好的产品,便能减少在海上的实验次数,从而节约了能源同时也使得实验成本得到了降低,使产品更快的开发出来。
设计仿真通常被应用到船舶控制技術的研究当中去,其仿真系统中一般存在着三种形式,是物理、单机和双机仿真。
物理仿真是用试验船去代替真实的船去做船舶运动来进行各项实验,其中包括靠离码头自动化、船舶运动控制器和自动操舵仪,还有一些其他自动化方面的实验。
双机仿真则是通过真实的船舶与运行船舶数字模型的计算机相连,这样就可以测试船舶控制器的控制效果。
单机仿真则只需要在一台计算机上来运行船舶运动的数字模型和控制器的算法,因为这种方法只需要在计算机上进行。
因此方法相对简单,且成本低,所以被大多数采用。
但是由于数学模型的精度不够还有海况真实性难以预料等难度,单凭这一项研究结果也很难有可信度,但是单机仿真可以当作一个初步验证手段。
对比这三种船舶运动仿真系统,最简单是单机仿真,但这种方法只能给出初步结果。
而双机仿真为船舶控制器提供的是半物理仿真,相对于单机仿真更接近实船的控制系统。
最接近实船控制系统的是物理仿真,所以物理仿真能得到更为真实、准确的数据,但是物理仿真系统需要大量资金的投入才能正常进行。
3 航迹控制研究的有关内容
操纵船舶的关键设备便是自动舵。
关于此方法的研究工作在国内已经有很多
相关人员积极的参与,而且大多数的研究是根据船舶航迹自动舵的预先演习来展开的。
精确地计算出航迹的该变量,还要能准确的控制航向舵,其最终目的都是能精确地控制航迹。
主要的研究内容有以下三点。
第一建立在有风、浪还有气流的影响下的单机仿真机完成相关的船舶运动模型。
第二要设计好航向控制器。
将PID技术应用到其中,以更好的运用到间接式航迹控制当中去。
第三分析控制航线的可行性,并且让其应用到实际当中去,设计和仿真专家模块的控制。
总而言之,由于海上运输这一事业的日益突出,海上出现事故这一现象也日益的突出。
尤其针对那些大型的游轮和承载了大量的化学用品的船舶,如果一旦出现了事故,极大的破坏环境造成污染,事故原因包括了相关人员操作不当,还有天气的因素。
所以这一系列的问题就要求自动舵应具备的条件,能很好的控制航向,研究出即使是在有风有浪还有天气不好的条件下也能很好的控制航向,从而控制了船舶的航行轨迹。
还应该要适应海上事业的发展速度,减少实验的次数,加快产品的产生,从而节约成本。
所有这一切有关于航迹控制的研究,其目的都是为了能够给人们带来更方便、更安全、更科学的生活。
参考文献
[1]鞠世琼.船舶航迹舵控制技术研究与设计[J].哈尔滨工程大学,2007(01).
[2]赵晴.船舶航迹智能控制算法和研究[J].集美大学,2012(04).。