《不同海情下的大型船舶航向、航迹控制方法研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《不同海情下的大型船舶航向、航迹控制方法研究（87页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、不同海情下的人犁船舶航向、航迹控制方法研究A BS T R A C TW i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fw o r l dt r a d e ，p o r tt r a n s p o r t a t i o n sa r ea l s oi n c r e a s e dv e r yq u i c k l y , t h en u m b e r , s i z ea n dt o n n a g eo fs h i p sa r ec h a n g e dw i t hi t T h e r ea r eal o to fs h
2、i p si nh a r b o u ra n dn e a ra r e a ，i tm a k e st h es h i pn a v i g a t i o n Sd e n s i t yi n c r e a s e da n dh a r b o u r Se n v i r o n m e n tm a k e sm o r ed a n g e r o u sa n dc o n g e s t e d S h i p sw a s t el o t so ft i m eo ne n t e r i n ga n dd e p a r t i n gt h eh a r
3、b o u r S oi ti si m p o r t a n tt oi m p r o v et h em a n e u v e r a b i l i t yo fs h i p sf o rr e d u c et h ea c c i d e n t s T h ea u t o p i l o tt h a tu s e df o rs h i pc o n t r o l si se s s e n t i a l l yi m p o r t a n te q u i p m e n ti ns h i p p i n gm a n e u v e r i n g I no
4、 u rc o u n t r y , s h i p sm o u n tt h eP I Da u t o p i l o tb r o a d l y , w h i c hh a sc o u r s ec o n t r o lf u n c t i o n T h e r ea r el o t so fd i s a d v a n t a g e si nP I Da u t o p i l o t ，j u s tb e c a u s ec o m p l e x i t yo fs h i p p i n ga n dl i m i t a t i o no fP I D
5、c o n t r o l l e r C o n s i d e r i n gt h ea b o v es i t u a t i o nt h eh e a d i n gc o n t r o l l e ra n dt h et r a c kc o n t r o l l e rb a s e do nG e n e t i cA l g o r i t h mw e r eb r o u g h tf o r w a r d T h i st h e s i se s t a b l i s h e dt h et h r e eu n r e s t r i c t e dm
6、 o t i o nm a t h e m a t i c a lm o d e lo fl a r g es h i p sb a s e do nt h eM M Gs e p a r a t i o nf o r m u l a , w h i c hd i s c u s s e da n da n a l y z e dt h eh y d r o d y n a m i cf o r c e sa n dm o m e n t so ft h em o d e l ，p r o p e l l e rt h r u s ta n dp r o p e l l e rt o r q
7、u e ，t h eh y d r o d y n a m i cf o r c e sa n dm o m e n t sa c t e do nt h er u d d e ra n di n t e r f e r e n t i a lf o r c e sa n dm o m e n t sp r o d u c e db yw i n d ，w a v ea n dc u r r e n t T h em o v e m e n tc h a r a c t e r i s t i c so fl a r g es h i p sa n dt h e a f f e c to fw
8、 i n d s ，w a v e sa n dc u r r e n t sw e r ec o n s i d e r e da d e q u a t e l yi nt h i sm o d e l T h e na p p l i e dt h es t a n d a r dR u n g e K u t t am e t h o dt oc a l c u l a t et h ee q u a t i o no fm a n e u v e r i n gm a t h e m a t i c a lm o d e lb yu s i n gV i s u a lC Hp r
9、o g r a m m i n gl a n g u a g ea n dM A T L A B7 0 B a s e do nt h i sw o r k , t h es i m u l a t i o no ft u r n i n gm o v e m e n ti nt h es t i l lw a t e ra n dt h ed i s t u r bo fw i n d ，w a v ea n dc u r r e n t sh a db e e nm a d e N e x t ，t h eh e a d i n gs t a b i l i t yo fl a r g e
10、s h i p sW a sd i s c u s s e d ，a n dt h ei n s t a n c eW a ss h o w na tl a s t C o n s i d e r i n gt h ee f f e c to nl a r g es h i p so fw i n d ，w a v ea n dc u r r e n ti nd i f f e r e n to c e a nc o n d i t i o n ，d e s i g n e dt h eh e a d i n gc o n t r o l l e ra n dt h et r a c kc o
11、 n t r o l l e rb yc o m b i n i n gt h eG e n e t i cA l g o r i t h ma n dc o n t r o lt h e o r yo fP I D ，a n da c c o m p l i s h e dt h eh e a d i n gc o n t r o ls i m u l a t i o na n dt h et r a c kc o n t r o ls i m u l a t i o nb yu s i n gt h i sm e t h o d 哈尔滨丁程大学硕十学何论文T h ea n a l y s
12、i so fs i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a t ，t h ee s t a b l i s h e dm o t i o nm a t h e m a t i c a lm o d e lo fl a r g es h i p so ft h r e ed e g r e e so ff r e e d o mw a sc o r r e c ta n dp r a c t i c a l ，t h ed e s i g n e dh e a d i n gc o n t r o l l e ra n dt h et r a c
13、 kc o n t r o l l e rh a dag o o dp e r f o r m a n c ei nd i f f e r e n to c e a nc o n d i t i o n K e yw o r d s ：S h i pm o t i o nm a t h e m a t i c a lm o d e l ；M a n e u v e r a b i l i t y ；G e n e t i cA l g o r i t h m ；H e a d i n gc o n t r o l ；T r a c kc o n t r o l哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本
14、人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者( 签字) ：日期：侧易年乡月勺日第1 章绪论 j 宣i 暑暑暑置暑皇宣嗣iT 宣i ；置宣；宣i i i ；i ；暑i i i 暑暑暑嗣宣；暑暑暑置昌i i 暑；j 暑i 萱i 置i 叠宣i ；叠置暑置暑昌置昌宣1 1 引言第1 章绪论船舶在航行中，为了以尽量少的燃料并尽快地
15、到达目的地，驾驶人员总是力图使船舶以一定的速度保持直线航行，因此要求船舶具有良好的航向稳定性能。当在预定的航线上遇到其他的船舶或障碍物时，驾驶人员需使船舶及时改变航向或航速，因此，要求船舶具有良好的机动性，后者包括回转性能和加减速性能。长期以来船舶操纵性研究基本上限于航向稳定性及回转性这两个互相制约的方面。近几年开始把注意力扩展到船舶加减速及螺旋桨逆转制动等操纵领域。相当于把船舶及操纵装置( 舵机或主机螺旋桨) 作为一个开环系统或人工闭环系统的动态行为加以研究。另外，由于受到海浪、海风及海流等海洋环境扰动的作用，船舶不可避免地要偏离给定航向。船舶航向的改变对船舶的适航性，对船舶的安全航行，对船
16、上的设备、货物及乘员都产生了不利影响。所以，为了尽快到达目的地和节省能源，必须尽量减小航向偏差，得到更好航向控制精度。1 2 自动舵的研究现状及发展趋势以往及现在最常用的航向控制装置为数字P I D ( 即比例一积分一微分)自动舵，但是P I D 控制器是基于船舶精确的数学模型的。我们都知道，船舶航向控制是一种非线性、时变、滞后的控制对象，再加上其工作环境的复杂性，很难建立其精确的数学模型。另外，这种P I D 操舵仪对高频干扰过于敏感，从而引起频繁操舵，缺乏对船舶动态特性及海况变化的适应能力。为了解决这些问题，在经典控制理论中提出了许多对策【l 】。其中，典型的有鲁棒控制、最优控制、自适应控制、高增益反馈控制等方式和绝对稳定度、灵敏度、稳定裕度等概念。但这些控制方式仍是基于被控对象的数学模型的。常规的自适应控制在提高控制精度、减少能源消耗等方面取得了一定的成绩，但物理实现成本高，参数调整难度大，加上船舶的非线性哈尔滨T 释人学硕十号：何论文特性，控制效果很难保证，有时甚至影响到系统的稳定性，特别当有突变情况时，自动操纵很容易失效。目
