_船舶自動(dòng)舵控制技術(shù)發(fā)展研究_船舶自動(dòng)舵控制技術(shù)發(fā)展研究

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1、_船舶自動(dòng)舵控制技術(shù)發(fā)展研究_船舶自動(dòng)舵控制技術(shù)發(fā)展研究綜　　述文章編號(hào):1007-0257(2000)06-0001-04計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量與控制.2000.8(6)　ComputerAutomatedMeasurement&Control　船舶自動(dòng)舵控制技術(shù)發(fā)展研究程啟明,劉其明,王志宏,孫干超(鹽城工學(xué)院計(jì)算機(jī)系和蘇州大學(xué)江蘇省計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇鹽城　224003)摘要:介紹與比較了船舶操縱的各種自動(dòng)舵控制方法,船舶自動(dòng)舵可分為四個(gè)發(fā)展階段,即機(jī)械舵、PID舵、自適應(yīng)舵和智能舵,其中智能舵為目前最先進(jìn)的自動(dòng)舵,它又分為專家系統(tǒng)、模糊舵和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)舵。關(guān)鍵詞:船舶操縱;自

2、動(dòng)舵;PID控制;自適應(yīng)控制;智能控制中圖分類號(hào):TP273;U66　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ATheStudyonDevelopmentoftheControlTechniquesonShipAutopilotCHENGQi-ming,LIUQi-ming,WANGZhi-hong,SUNGan-chao(YanchengInstituteofTechnology,JiangsuComputerInformationProcessingTechniquesLab.,SuzhouUniversityYancheng　224003,China)————————————————————————————————

3、———————————————Abstract:Thecontrolmethodsofshipmaneuveringautopilotaredescribedandcomparedinthispaper.Theshipautopilotscontainfourdevelopmentalstages,thatis,mechanical,PID,adaptiveandintelligentcontrolautopilot.Theintelligentautopilotisnowthemostadvancedautopilot,itscontrolmethodscanbedividedintoexp

4、ertsystem,fuzzycontrolandneuralnetwork.Keywords:shipmaneuvering;autopilot;PIDcontrol;adaptivecontrol;intelligentcontrol1　引言船舶自動(dòng)舵的控制技術(shù)水平與控制理論發(fā)展水平相一致?？刂评碚摪l(fā)展過(guò)程一般可分為3個(gè)階段:第一階段為20世紀(jì)40～60年代,稱為“古典控制理論”時(shí)期;第二階段為20世紀(jì)60～70年代,稱為“現(xiàn)代控制理論”時(shí)期;第3階段為20世紀(jì)70年代至今。70年代末,控制理論向著“大系統(tǒng)理論”和“智能控制”方向發(fā)展。自動(dòng)舵大致經(jīng)歷了4個(gè)發(fā)展階段:20世紀(jì)20年代,美國(guó)的

5、Sperry和德國(guó)的Anschuz在陀螺羅經(jīng)研制工作取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展后分別研制出機(jī)械式自動(dòng)舵[4],這為第一代自動(dòng)舵;20世紀(jì)50年代,隨著電子學(xué)和伺服機(jī)構(gòu)理論的發(fā)展與應(yīng)用,出現(xiàn)了集控制技術(shù)和電子器件發(fā)展成果于一體的第二代自動(dòng)舵,這就是著名的PID舵;到了60年代末,人們將自適應(yīng)理論引入船舶操縱,瑞典等國(guó)家紛紛將自適應(yīng)舵從實(shí)驗(yàn)室裝到實(shí)船上,形成了第三代自動(dòng)舵———自適應(yīng)舵;從80年代起,人們開始尋找———————————————————————————————————————————————類似于人工操舵的方法,像熟練的舵手運(yùn)用操舵經(jīng)驗(yàn)和智慧那樣有效地控制船舶,收稿日期:2000-07-25基金

6、項(xiàng)目:江蘇省跨世紀(jì)學(xué)科帶頭人科研基金項(xiàng)目(蘇科教技[1998]50號(hào));江蘇省計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題基金項(xiàng)目(蘇大科[2000]07號(hào))。作者簡(jiǎn)介:程啟明(1965-),男,江蘇省鹽城市人,省跨世紀(jì)學(xué)科帶頭人,已發(fā)表論文90多篇,編書8部,主要從事微機(jī)測(cè)量與控制、智能控制理論與應(yīng)用、數(shù)字信號(hào)處理、生物醫(yī)學(xué)工程等的研究。于是出現(xiàn)了第四代的智能舵。智能舵的控制方法有3種,即專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。此外,90年代前,船舶上安裝的自動(dòng)舵一般只能進(jìn)行航向控制。隨著在船上裝備全球定位系統(tǒng)(GPS)等先進(jìn)導(dǎo)航設(shè)備,人們開始設(shè)計(jì)精確的航跡控制自動(dòng)舵,將船舶控制在給定的計(jì)劃航線上。2　船

7、舶自動(dòng)舵的控制方法2.1　PID控制70年代初,自動(dòng)舵仍是一個(gè)簡(jiǎn)單的控制設(shè)備,舵角信號(hào)由航向偏差乘上比例系數(shù)得到,而航向偏差信號(hào)則由給定航向減去實(shí)際航向算出,其中比例常數(shù)應(yīng)整定以適應(yīng)載重和環(huán)境要求。為避免振蕩,比例常數(shù)應(yīng)取較低值。對(duì)于穩(wěn)定低速航行的船舶,這種比例(P)控制效果基本令人滿意,但對(duì)不穩(wěn)定的船舶,這種簡(jiǎn)單的控制則不適用,而應(yīng)包含航向誤差導(dǎo)數(shù)項(xiàng),即舵角信號(hào)還應(yīng)加上微分系統(tǒng)乘以航向?qū)?shù)的偏差