海洋工程船调距桨推进装置建模与仿真研究

摘要

本文以深水三用工作船“海洋石油681”为研究对象，以Matlab/Simulink为建模仿真平台对其推进系统进行了模块化建模与优化仿真。
　　文章将自抗扰控制(ADRC)技术引入船舶推进系统的控制，以使船舶推进系统的控制品质和控制精度有根本性的提高，尤其是在较为恶劣的环境中要求实现高速、高精度的场合。ADRC继承、发扬了经典PID控制的优点并设法弥补了经典PID控制的固有缺陷，在船舶主推进柴油机调速器和螺距调节器的控制策略上是一个可行的方案。
　　首先，建立船舶推进系统的数学模型。根据船舶相关技术文档，分析船-机-桨配合特性并合理简化系统模型，简化后的系统模型包括柴油机数学模型、船桨子系统数学模型、推进器数学模型、控制系统模型、外界干扰模型等。
　　其次，研究自抗扰控制理论与算法，设计并实现船舶主机调速器和螺距调节器。深入研究自抗扰控制器中过渡过程(TD)、扩张状态观测器(ESO)、非线性误差反馈控制律(NLSEF)的功能和算法实现并分析了重要参数对于自抗扰控制器的影响规律。然后，结合船舶主机调速器和螺距调节器的工作特点和控制特性分别设计了基于自抗扰的调速器和螺距调节器。
　　最后，基于模糊控制的基本理论设计并实现船舶推进系统的主控制器，并采用粒子群算法对模糊控制器的相关参数进行优化。对海洋工程船舶的航速进行仿真实验，通过对实验结果分析比较证明:粒子群优化的模糊控制器较常规的模糊控制器在抗扰性和快速性方面均有所改善，可大幅度提高海洋工程船的操纵性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 课题国内外研究现状

1．2．1 船舶推进装置研究现状

1．2．2 自抗扰控制研究现状

1．3 课题主要研究内容

第2章 调距桨船舶推进系统建模

2．1 调距桨推进系统模块化建模及仿真实现

2．1．1 船舶主机特性数学模型

2．1．2 船桨子系统数学模型

2．2 控制系统模型

2．2．1 负荷控制系统模型

2．2．2 螺距控制系统模型

2．3 外界干扰模型

2．4 本章小结

第3章 自抗扰控制技术

3．1 引言

3．2 经典PID控制器

3．3 自抗扰控制器的基本结构及算法

3．3．1 跟踪微分器

3．3．2 扩张状态观测器

3．3．3 非线性误差反馈律

3．4 本章小结

第4章 调距桨推进系统控制器的设计与实现

4．1 自抗扰控制器

4．1．1 自抗扰控制算法的实现

4．1．2 重要参数变化对自抗扰控制效果的影响

4．1．3 自抗扰控制器参数综合整定

4．2 螺距调节器的设计

4．2．1 ADRC螺距控制系统结构

4．2．2 ADRC螺距调节器性能分析

4．3 航速控制器的设计

4．3．1 模糊控制基本原理

4．3．2 模糊控制器的实现

4．3．3 模糊控制器的优化

4．4 本章小结

第5章 调距桨船推进系统仿真

5．1 仿真船基本参数

5．2 仿真实验及结果分析

5．2．1 航速阶跃实验

5．2．2 干扰环境下航速阶跃实验

5．2．3 航速动态仿真实验

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

附录

致谢

作者简介