自動舵設(shè)計糾結(jié)做任務(wù)下東西

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1、自動舵控制系統(tǒng)設(shè)計自動舵是船舶控制系統(tǒng)中不可缺少的重要設(shè)備，它可以通過航向設(shè)定使船舶行駛更接近直線，從而更節(jié)能、更經(jīng)濟。我國在從20世紀(jì)70年代就開始自動舵的研究，并取得了一定的成效，但國內(nèi)自動舵的研究側(cè)重于理論方面，進行算法仿真，很少做出實際產(chǎn)品。迄今為止，國內(nèi)船舶安裝的自動舵基本依賴進口。國內(nèi)外自動舵的研究概況自70年代起,國內(nèi)一些科研院所、高校開展自動舵的理論與開發(fā)工作,并取得了不少成果,一些航海儀表廠家也獨立或與研究所、高校合作開展了自動舵的試制和生產(chǎn),其產(chǎn)品以模擬PID舵為主。目前雖然國產(chǎn)自適應(yīng)舵已經(jīng)投入實船使用,但效果并不明顯。智能控制舵還處于理論研究階段,還沒有產(chǎn)品化。航跡舵基本

2、上也處于研究階段,還沒有過硬的產(chǎn)品。目前國外市場上有多種成熟的航向舵、航跡舵產(chǎn)品,其控制方法大多為比較成熟的自適應(yīng)控制,例如日本Tokimec公司的PR-8000系列自適應(yīng)自動舵、德國Anschuz公司的NAUTOCONTROL綜合系統(tǒng)中的自動舵、美國Sperry公司VISIONTECHNOLOGY系統(tǒng)中的自適應(yīng)自動舵等。近幾年發(fā)展起來的智能控制及其它近代控制在自動舵上應(yīng)用尚處于方案可行性論證及實驗仿真階段,還有待于進一步工程實現(xiàn)研究。1自動操舵控制系統(tǒng)的原理及其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自動操舵控制系統(tǒng)是一個雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，其閉環(huán)系統(tǒng)框圖如圖1所示通過磁羅經(jīng)傳感器檢測船舶實際航向信號，與給定航向信號做比較，若

3、有偏差即偏航角，由控制器通過PID算法產(chǎn)生偏舵角，根據(jù)它與實際舵角比較，得到實際舵角偏差去控制舵，從而改變航向，如此反復(fù)，直至實際航向與給定航向信號二者偏差為零。根據(jù)自動操舵的原理，開發(fā)研制了自動操舵控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。2系統(tǒng)重點模塊硬件電路簡介2．1ARM控制器簡介ARM控制器是一種32位微處理器，其中ARMLPC2214自帶10位高精度的AD轉(zhuǎn)換器、兩個串行口、16K內(nèi)部RAM、128K內(nèi)部FIASH等，其自身所帶資源對整個自動操舵控制系統(tǒng)設(shè)計來說無需再做外部擴展，并且IPC2214與普通單片機價格相差不多，因此選用了ARMLPC2214做為系統(tǒng)主控制器。2．2航向信號處理航向信號

4、包括給定航向信號和實際航向信號，二者之差即偏航角。給定航向信號是由電位器產(chǎn)生的電壓信號，電壓范圍為0～3．3V，對應(yīng)航向0～36O。，通過ARM控制器AD通道處理即可。實際航向信號是由磁羅經(jīng)傳感器得到的，但磁羅經(jīng)測得航向信息只能由目視讀取，因此使用了ZCC04型的磁羅經(jīng)轉(zhuǎn)換器，它能把機械式磁羅經(jīng)的航向信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以485接口半雙工方式進行通信．默認(rèn)波特率為4800b／s。其工作電壓為5V，分辨率為O．1。，數(shù)據(jù)輸出格式為：$CSHDT，XXX,X,T*hh，其中XXX.X為航向，hh為校驗和。例如若收到如下數(shù)據(jù)，$CSHDT，237．1，T*34，說明當(dāng)前實際航向為237．1。。ZCC

5、04與自動舵控制器接口電路如圖3所示。2．3舵角信號處理已知偏航角，控制器通過PID算法即可得到偏舵角(即給定舵角)，它與實際舵角相比較，可得到舵角偏差，因此要求舵角偏差，只需測得實際舵角信號即可。而實際舵角信號是通過舵角反饋裝置測得的，并以電壓信號形式輸出，但電壓信號不能遠傳。自行開發(fā)了舵角發(fā)送裝置，通過它把電壓信號轉(zhuǎn)換為485信號。因此自動操舵控制系統(tǒng)中只需設(shè)計一個485總線接口電路就可實現(xiàn)控制器與實際舵角信號發(fā)送裝置之間的通信，即可得到實際舵角信號。具體485接口電路參見圖3。2．4電磁閥驅(qū)動電路求得舵角偏差即可進行操舵控制。目前國內(nèi)船舶主要使用的都是液壓舵機系統(tǒng)，因此舵機的控制只需通過

6、控制電磁閥的開閉改變液體流動從而控制舵的運動?？刂齐姶砰y所需驅(qū)動電流一般都比較大，而且操舵過程中開關(guān)次數(shù)比較頻繁，若使用繼電器控制電磁閥較易損壞，因此我們選用了大電流的M()S管IRF9540N做為控制電磁閥的開關(guān)器件。還選用TIP52l做了電氣隔離，有效的隔離了電磁閥端引入的干擾信號，圖4為控制一路電磁閥的驅(qū)動電路。工作原理為：當(dāng)P0．2為低電平，Whee1一Steering—R端為24V，可控制電磁閥線圈得電閉合；反之，P0．2為高電平，則電磁閥線圈失電打開。3PID算法應(yīng)用自動舵的偏舵角和偏航角之間按以下規(guī)律實現(xiàn)控制L：式中：-------偏舵角；----偏航角；Kp——比例系數(shù)；Kd—

7、—微分系數(shù)；Ki——積分系數(shù)。比例系數(shù)Kp隨船型、海況等而不同。對萬噸船來說，Kp為2～3。，即偏航1。時，偏舵角為2～3。。比例系數(shù)過大或過小，都將會使船舶偏航振幅加大，左右擺動次數(shù)增多，因此具體比例系數(shù)需根據(jù)實際情況進行人工調(diào)節(jié)。當(dāng)船舶偏航以后，自動舵使舵葉發(fā)生偏舵，將船舶轉(zhuǎn)回到原航向所需時間比較長。在航向自動控制系統(tǒng)中引入了微分環(huán)節(jié)，保證偏舵速度與偏舵角，從而能較好地克服船舶慣性，提高航向精