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1、船?舶宮林國，等：船舶自動舵控制系統(tǒng)設(shè)計與比較船舶自動舵控制系統(tǒng)設(shè)計與比較112宮林國?朱?昊?翟春榮（1.上海電力學(xué)院?上海200090；2.國核工程有限公司?上海200233）［摘要］文中建立船舶操縱控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，設(shè)計了傳統(tǒng)PID控制和基于頻域法的超前控制這兩種船舶自動舵控制系統(tǒng)，通過MATLAB/Simulink仿真平臺，對設(shè)計的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。仿真結(jié)果表明：新設(shè)計的頻域控制器控制特性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制結(jié)構(gòu)，具有良好的操縱性能，能夠為航渡任務(wù)的安全與順利完成提供有力保障。［關(guān)鍵詞］船舵操縱；航向控制；自動
2、舵；頻域超前控制；PID［中圖分類號］TB556［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A［文章編號］1001-9855（2014）01-0072-06Designandcomparisonofshipautopilotcontrolsystem112GONGLin-guoZHUHaoZHAIChun-rong(1.ShanghaiUniversityofElectricPower,Shanghai200090,China;2.StateNuclearPowerEngineeringCompany,Shanghai200233,China)Abstr
3、act:Thispapermakesthemathematicalmodeloftheshipmaneuveringcontrolsystem,anddesignsthetwoshipautopilotcontrolsystems,whicharetraditionalPIDcontrollerandadvancedcontrollerbasedonthefrequencydomainmethod.ItsimulatesandstudiestheircontrolsystemthroughtheMATLAB/Simulink
4、simulationplatform.ThesimulationresultsshowthatthecontrolcharacteristicsofthenewlydesignedfrequencydomaincontrollerisbetterthanthetraditionalPIDcontrollerstructure,andhastheexcellentmaneuveringperformance,whichcanofferthestrongguaranteeforthesafetyandaccomplishment
5、oftheferrytasks.Keywords:shipmanipulation;headingcontrol;autopilot;advancecontrolinthefrequencydomain;PID引言研究滿足航行要求、性能優(yōu)良的自動舵控制系統(tǒng)具有重要的實際意義。船舶控制系統(tǒng)具有大慣性、慢時變、非線性船舶運(yùn)行系統(tǒng)是處于不確定環(huán)境下的復(fù)雜動等特點。船舶自動舵是用來自動保持船舶在給定航力學(xué)系統(tǒng)，但由于航速、載重等航行工況的變化又向或給定航跡航行的操縱裝置，是保證船舶自動導(dǎo)造成模型參數(shù)的不確定性。因此，尋求控制特性安航
6、時的操縱性能的關(guān)鍵設(shè)備。性能優(yōu)良的自動舵不全節(jié)能又具有強(qiáng)魯棒性的自動舵控制系統(tǒng)，是目前但具有良好的航向（航跡）保持功能，還能夠保證該領(lǐng)域的研究熱點。合適的靈敏機(jī)動性能，且盡量減少轉(zhuǎn)舵次數(shù)和幅傳統(tǒng)PID自動舵控制系統(tǒng)對高頻干擾過于敏［1］度，從而節(jié)省燃料和減少舵機(jī)系統(tǒng)的磨損。因此，感，缺乏對船舵動態(tài)特性及海上不確定因素的適應(yīng)［基金項目］上海市教育委員會重點學(xué)科建設(shè)項目（J51303）。［收稿日期］2013-06-21；［修回日期］2013-07-15［作者簡介］宮林國（1987-），男，碩士在讀，研究方向：船舶控制系統(tǒng)設(shè)計，微
7、電網(wǎng)技術(shù)等。朱昊（1989-），男，碩士在讀，研究方向：船舶控制與逆變器控制技術(shù)。翟春榮（1989-），男，碩士在讀，研究方向：船舶控制與核電技術(shù)。72船舶電氣與通信第1期?總第145期［12-13］能力。然而自適應(yīng)自動舵控制系統(tǒng)成本高、參數(shù)調(diào)時針方向轉(zhuǎn)動。由此動力方程可以看出，船［2］節(jié)復(fù)雜，控制效果又不理想。隨著現(xiàn)代控制理舶的轉(zhuǎn)動速率會逐漸趨于一個常數(shù)，因此如果船舶論的發(fā)展，一些智能控制策略應(yīng)用到船舶自動舵控以直線運(yùn)動，而艉舵偏轉(zhuǎn)為一個恒定值，那么船舶［3-4］［5］制系統(tǒng)中，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、變就會以螺旋形的進(jìn)
8、入一個圓形運(yùn)動軌跡（因為轉(zhuǎn)動［6］［7］結(jié)構(gòu)控制、魯棒控制等，但是該類控制策略的速率為常數(shù)）。存在多經(jīng)驗、較粗糙的成分，往往難以優(yōu)化自動舵把掌舵齒輪看成一個簡單的慣性環(huán)節(jié)，即方控制系統(tǒng)，控制效果不太理想。向盤轉(zhuǎn)動的角度引起艉舵的偏轉(zhuǎn)，時間常數(shù)為TG。本文基于經(jīng)典頻域分析理論，設(shè)計了一種自動
