双吊舱船舶电力推进航向控制系统研究

摘要

船舶在海上航行，航向控制是船舶控制领域中的一个重要课题。传统的航向控制普遍采用常规的PID控制器，以确定的船舶数学模型为基础，但它不能根据船舶的动态特性自动调节参数，经常偏离最佳工作状态；船舶航行中，船速、装载状态等都是变化的，同时还受风、浪、流等外界干扰的作用，模型中的参数是变化的。虽然一般可估计出这些参数的大小，但基于模型的控制方法在应用中遇到了很大的挑战，鲁棒性即是一大问题。PID控制的设计思想是依靠过程误差来消除误差，并不完全依靠系统的数学模型。但常规PID控制不能在线整定参数，对于非线性、时变的船舶航向控制系统不能很好地控制，达不到预期的控制效果。因此，在常规PID控制的基础上，本文重点对非线性PID控制器加以研究，以满足船舶航向控制的需要。 本文在第1章主要介绍了船舶电力推进的发展与特点，重点介绍了吊舱式船舶电力推进器。第2章主要介绍了船舶航向控制的理论基础。第3、4章主要对传统PID控制器和非线性PID控制器的结构及理论作了分析。第5章重点介绍了双吊舱式船舶电力推进航向PID控制器的设计。第6章利用MatlabSimulink工具箱，以烟大轮渡首次制造的渡船“中铁渤海1号”为例进行系统仿真。仿真结果表明，非线性PID控制器的控制律不仅具有较高的鲁棒性，而且与传统PID控制器的控制律相比，闭环系统的性能也有所改善，超调幅度小，跟踪效果好。它将是一个十分实用，并有广泛应用前景的控制算法。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

第2章船舶航向控制的理论基础

第3章传统PID的结构及理论分析

第4章非线性PID控制器的结构及理论分析

第5章双吊舱船舶电力推进航向PID控制器设计

第6章系统仿真

结 论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致 谢

研究生履历