船舶物理旋转平台及自适应舵的设计与研究

摘要

航向控制是船舶运动控制中最基本的控制。船舶航行在海面上，其运动特性随着航速，水深，载重，吃水深度等因素而时刻变化着，同时海风、海浪、海流等海况的变化也会引起扰动，从而影响船舶航向的保持。
　　 本课题基于学校的“十二·五”实验室的建设规划，设计一套自动操舵系统以及与之相匹配的船舶半物理仿真平台。
　　 自动操舵部分主要是采用了工控机、数据采集板等硬件，在工控机中将模型参考自适应控制算法离散化，最后编程来实现自适应操舵功能。当船舶航行的条件为不确定或随时间变化时，被控对象(船舶)运动模型的参数会随着风、流、船速等参数的改变而变化。自适应舵通过测量被控对象(船舶)现时状态下的外部连续信息(如船艏向，转舵角等)，并依据这些信息实时的辨识船舶运动模型的参数，从而调整控制参数，使控制性能指标尽可能的保持最优。
　　 舶运动船半物理仿真部分主要包含了船舶运动数学模型以及风浪干扰模型的推导，并将这些数学模型离散化后通过在PLC内部编程实现。通过PLC结合变频器、电机以及旋转平台的形式构建一个船舶运动的半物理仿真系统来模拟实际船舶的运动姿态。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1研究目的

1.2船舶操纵控制技术的发展与现状

1.2.1机械式自动舵

1.2.2 PID自动舵

1.2.3自适应自动舵

1.2.4智能自动舵

1.3本课题的意义和主要思路

1.3.1课题意义

1.3.2主要思路

1.4研究内容

第2章 船舶运动及其干扰模型的建立

2.1船舶运动模型

2.1.1坐标系的确立

2.1.2运动方程的推导

2.1.3运动方程的线性化

2.2干扰模型的建立

2.2.1风力干扰

2.2.2海流干扰

2.2.3海浪的干扰

2.3本章小结

第3章 船舶航向的模型参考自适应控制

3.1概述

3.2模型参考自适应控制理论的发展过程

3.3模型参考自适应控制的两种类型

3.4基于模型参考自适应系统的辨识

3.5船舶航向自适应控制

3.5.1概述

3.5.2船舶航向自适应控制有关的若干问题

3.6模型参考自适应航向控制器

3.6.1最优控制器

3.6.2模型参考自适应参数辨识器

3.6.3状态估计

3.6.4 MATLAB仿真实验结果

3.7本章小结

第4章 模型参考自适应舵及船舶物理旋转平台的设计

4.1概述

4.2自适应舵的设计

4.2.1设计思路

4.2.2实现自适应控制的程序流程图

4.3船舶物理旋转平台的设计

4.3.1设计思路

4.3.2船舶数学模型的离散化

4.3.3 PLC程序流程图

4.4船舶运动半物理仿真系统的组态与通信

4.4.1 PROFIBUS协议的简介及组网

4.4.2以太网的简介及建立

4.4.3 OPC服务器的组态及建立

4.5监控界面的设计

4.6本章小结

结 论

参考文献

致 谢