考慮航速影響的船舶運(yùn)動(dòng)建模與航向控制仿真.pdf

1、船舶操縱是一個(gè)復(fù)雜的控制問(wèn)題。船舶航速的變化直接影響船舶的操縱性能，在研究船舶航向的控制時(shí)應(yīng)該予以足夠的重視。本文針對(duì)船舶向大型化、高速化發(fā)展，海上運(yùn)輸和河運(yùn)交通變得日益繁忙和擁擠，船舶常常要在港內(nèi)、狹水道或危險(xiǎn)水域航行的實(shí)際情況，對(duì)于不同航速下船舶的舵效和考慮航速影響下的船舶航向智能控制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要內(nèi)容如下： ⑴在船舶運(yùn)動(dòng)模型的選擇上，采用MMG建模的機(jī)理，從船舶各個(gè)部分，考慮不同速度，包括常速、低速及主機(jī)轉(zhuǎn)速的影響

2、，將常速域數(shù)學(xué)模型和低速域數(shù)學(xué)模型相結(jié)合，兼顧船舶運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性，建立了船舶舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。選用不同航速下的旋回實(shí)驗(yàn)對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)仿真數(shù)據(jù)與實(shí)船試航數(shù)據(jù)基本吻合，驗(yàn)證了所建立的船舶運(yùn)動(dòng)模型的有效性。 ⑵基于所建立的數(shù)學(xué)模型，對(duì)不同航速下船舶操舵的控制效果進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。同時(shí)，也考慮了不同主機(jī)轉(zhuǎn)速影響下操舵的控制效果。仿真結(jié)果表明：船速越高，主機(jī)轉(zhuǎn)速越高，船舶的舵效越好。船舶在低速航行時(shí)，提高主機(jī)轉(zhuǎn)速，可以

3、提高船舶舵的控制能力。 ⑶在對(duì)船舶自動(dòng)舵控制算法的改進(jìn)上，推導(dǎo)了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID控制器相結(jié)合，建立了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID的智能航向控制器。以Matlab為仿真環(huán)境，在Simulink中建立了各部分的S-函數(shù)的模塊，并將所建立的航向控制器與前面的船舶數(shù)學(xué)模型相結(jié)合，在不同航速條件下的智能航向控制器與傳統(tǒng)PID航向控制器的比較仿真。仿真結(jié)果表明，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的在線調(diào)整，有助于改善不同