基于航速保持的舵减摇控制方法

减摇器工作原理

减摇器工作原理主要是通过连接两个摆动系统的转接杆和一定的机械构造来实现两个摆动系统的相位差或振幅的控制，从而达到抑制岸边摆动和船舶滚动的目的。减摇器是一种被广泛应用于船舶抑制晃动的船用设备,其重要性可以通过它在某些航程和船型中所占的贡献来体现。

减摇器的原理和机理是通过应用物理学和工程力学的知识,抑制海运过程中船舶在六个自由度中的滚动。它的工作原理是通过改变减摇器内部振子杆、缸套、滑动剂等部件间的相对位置关系和摆动幅度，达到抑制船舶滚动的目的。它有两种类型的运动状态，一种是位移型，另一种是力型。位移型减摇器可以有效避免地震影响，在海洋波浪激励下可以几乎达到同样的效果。

减摇器是具有自身运动状态的物理设备,是一种化工设备或装置，也是一种机械设备或装备。当减摇器的转接杆与船舶的舵机或支架相连时,便可以控制摆动系统之间的相位差和振幅关系。在此过程中,减摇器内部的物理振动系统发生了变化。

减摇器的运动特点表现为两个摆动系统之间的位移峰值相差1/2波长（180度）,则它们的相位差就是 180 度，产生反向抵消。进而,两个摆动系统之间的位移峰值相差1/4波长（90度），则它们的相位差就是90度，产生部分反向抵消。当这两个摆动系统的位移峰差相等时,它们之间的相位差长为零，起到出奇制胜或最优抑制作用。

减摇器所处环境、船舶型号、摆幅和球重是影响减摇器性能和效果的主要因素。因此，船舶航行过程中,需根据海浪、气流、水流、气温、水温等不同的航行条件，不断调整和控制减摇器的配合参数，以保证减摇器的最佳效果。

减摇器的作用及应用：

减摇器在船舶建造、海洋环境保护、海上作业、军事防御、海岸护林等领域都有广泛的应用。它可以对船舶的滚动角速度及弹性水平进行控制,减少燃油消耗,延长船舶寿命,提高航速和运输效率,同时减轻缆绳所受荷载,减少因滚动引起的人员和货物受损,保证港口作业的安全,提高作业效率,提高功率和经济效益,减少环境污染,保护海洋环境等。

总第２６２期　２０１１年第８期　计算机与数字１＝程　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ＶｏＩＩ　３９　Ｎｏ．８　１８　

基于ＰＩＤ神经元网络的水面舰艇减摇方法　

周晶宋辉张翼飞　（海军大连舰艇学院训练部模拟训练中心大连　１１６０１８）　

摘要文章研究水面舰艇减摇问题，采用Ｐ１Ｄ神经元网络控制方法。舰艇在大风浪条件下产生剧烈横摇，减摇鳍是　目前应用最为广泛的减摇装置之一。鳍角与升力矩的水动力特性主要依靠静态实验获取，实际使用中，鳍控制力矩与鳍角　呈复杂非线性关系，使水动力特性存在较大误差。为解决升力系数及航速等反馈中的重要参数不确定性而导致鳍角产生的　力矩难以确定的问题，提出一种基于ＰＩＤ神经元网络的减摇方法。构造三层神经网络模型，将比例、积分、微分分别作为网　络的隐含层单元，在减摇控制过程中动态调整鳍控制参数，仿真结果表明，ＰＩＤ神经元网络控制横摇系统，实时性能好，稳定　性高，有较好的稳定舰艇横摇效果。　关键词舰艇操纵；神经网络；比例微分积分器；减摇鳍　中图分类号ＴＰ１８３　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｖｅｓ　ｓｅｌ　Ｓｔａｂｉｌｉｚｅ　Ｍｅｔｈｏｄ　

Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＩＤ　Ｎｅｕｒａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ　

Ｚｈｏｕ　Ｊｉｎｇ　Ｓｏｎｇ　Ｈｕｉ　Ｚｈａｎｇ　Ｙｉｆｅｉ　（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｉｎｉｎｇ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｄａｌｉａｎ　Ｎａｖａｌ　Ａｃａｄｅｍｙ，Ｄａｌｉａｎ　１１６０１８）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｓｕｒｆａｃｅ　ｖｅｓｓｅｌｓ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｗｉｔｈ　ＰＩＤ　ｎｅｕｒａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｓｈｉｐｓ　ｖｉ—　ｂｒａｔｅ　ｖｉｏｌｅｎｔｌｙ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｓｅｖｅｒｅ　ｓｅａ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｓｔａｂｉｌｉｚｅ　ｆｉｎｓ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｓｈｉｐ’Ｓ　ｒｏｌｌｉｎｇ．Ｔｈｅ　ａｃｑｕｉ　ｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｉｎｓ’ｗａｔｅｒ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｔｏｒｑｕｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｒｅｌｙ　ｍａｉｎｌｙ　ｏｎ　ｓｔａｔｉｃ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｉｎ　ａｃｔｕａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｍｏｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｆｉｎ　ａｎ—　ｇｌｅ　ａｎｄ　ｌｉｆｔ　ｔｏｒｑｕｅ　ｓｈｏｗｓ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｒｅｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｉｔ　ｍａｄｅ　ｗａｔｅｒ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｖａｒｉａｔｅ　ｗｉｔｈ　ｓｅｖｅｒｅ　ｅｒｒｏｒ．　Ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｔｈａｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｒｅ　ｕｎｃｅｒｔａｉｎ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｌｉｆｔ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ａ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＩＤ　ｎｅｕｒａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ａ　ｔｈｒｅｅ－ｌａｙｅｒ　ｎｅｕｒａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ，ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ，ｉｎ—　ｔｅｇｒａｌ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｕｎｉｔｓ　ａｒｅ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｈｉｄｅ　ｌａｙｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｄｊ　ｕｓｔ　ｆｉｎｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ．　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ：ｔｈｅ　ＰＩＤ　ｎｅｕｒａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ　ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐｅｒｆｏｒｍｓ　ｑｕｉｃｋｌｙ，ｓｍｏｏｔｈｌｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ　ｖｅｓｓｅｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ。ｎｅｕｒａ１　ｎｅｔｗｏｒｋｓ．ＰＩＤ，ｆｉｎ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ　Ｃｌａｓｓ　Ｎｕｍｂｅｒ　ＴＰ】８３　

航模中舵机控制方法

航模中舵机控制方法

第一章：引言

航模飞行控制系统是航模飞行的核心部分，而舵机作为飞行控制系统中的关键组件，负责执行飞行器各类动作指令，对飞行器的控制精度和稳定性具有重要影响。因此，研究航模中舵机控制方法具有重要的理论和实践意义。本章将介绍研究背景、目的和意义，并对全文的结构进行概述。

第二章：舵机控制原理

2.1 舵机基本工作原理

舵机是一种能够控制舵面或其他性能元件运动的装置。它由电机、减速机构和位置反馈传感器组成。在工作过程中，当接收到控制信号后，电机会根据输入信号的大小和方向旋转，从而驱动舵面或性能元件做出相应的动作。位置反馈传感器能够实时监测舵面位置信息，并将其反馈给控制系统，保证舵机的稳定性和精度。

2.2 脉宽调制控制方法

脉宽调制（PWM）是目前最常用的舵机控制方法之一。其原理是通过改变脉冲信号的高电平时间来控制舵机的角度。通常，舵机的工作范围是在0.5~2.5ms的脉宽范围内，其中1.5ms代表舵机的中立位置。通过改变脉宽信号的持续时间，可以达到控制舵机角度的目的。PWM控制方法简单易实现，但由于没有提供真正的位置反馈控制，容易受到舵机本身质量和环境干扰的影响，导致控制误差和不稳定性。

第三章：改进的舵机控制方法

3.1 比例-积分-微分（PID）控制方法

PID控制方法是一种经典的反馈控制方法，通过调节比例、积分和微分三个参数来实现闭环控制。在航模中应用PID控制方法时，可以根据舵机的实际工作情况，通过试验和调整参数来达到良好的控制效果。PID控制方法具有控制精度高、鲁棒性好等特点，在航模中被广泛应用。

3.2 模糊控制方法

模糊控制方法是一种基于模糊逻辑的控制方法，其优点是能够处理模糊和不确定性问题。在航模中，由于环境的复杂多变性和系统的非线性，传统的控制方法往往难以应对。而模糊控制方法可以通过建立模糊规则库，根据输入信号和输出响应之间的模糊关系来实现精确的控制。

舰船舵减横摇广义预测约束控制

葛德宏;高启孝;李安;陈永冰

【期刊名称】《海军工程大学学报》

【年(卷),期】2009(021)006

【摘 要】依据舵减摇状态空间模型,推导舵减横摇广义预测控制律,在舵角舵速约束的条件下,采用二次型规划计算控制量进行减横摇控制.对某一船舶在典型航行工况下进行了系统仿真,仿真结果表明,该方法不但可取得35%～45%的减摇效果,而且对横摇角速度与横摇角加速度也有40%左右的减小效果.

【总页数】6页(P6-10,19)

【作 者】葛德宏;高启孝;李安;陈永冰

【作者单位】海军工程大学,电气与信息工程学院,武汉,430033;海军工程大学,电气与信息工程学院,武汉,430033;海军工程大学,电气与信息工程学院,武汉,430033;海军工程大学,电气与信息工程学院,武汉,430033

【正文语种】中 文

【中图分类】U666.1

【相关文献】

1.基于减聚类ANFIS模型的船舶横摇运动实时预测 [J], 张泽国;尹建川;胡江强;李可;皇甫国光;董显利

2.基于模糊线性模型的舵减横摇广义预测控制 [J], 葛德宏;高启孝;陈永冰;李安;周岗

3.耦合船体横摇的减摇水舱流体运动和减摇效果预测 [J], 张松涛;梁利华;孙明晓;赵朋

4.广义预测控制用于猎雷舰CGF操舵行为建模 [J], 洪星;马爱民

5.基于π型舵船舶减纵摇广义预测控制研究 [J], 陈虹丽;兰海;沈毅

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