基于以太網(wǎng)的船舶航跡控制方法研究.pdf

1、隨著航運(yùn)業(yè)的不斷發(fā)展,船舶航行的密度越來越大,航道與港口變的相當(dāng)狹窄,從而對船舶航行的安全性和經(jīng)濟(jì)性的要求也不斷地提高,對航跡與航向的控制精度要求也越來越高;目前的船舶控制系統(tǒng)以航向控制或間接航跡控制系統(tǒng)為主,其控制性能和結(jié)構(gòu)都有待進(jìn)一步的提高。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked Control Systems,NCS)是近十幾年隨著控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)飛速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的控制系統(tǒng)理論。以太網(wǎng)作為一種成功的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),在商

2、用和辦公化方面得到廣泛使用,因為其通信速率高、技術(shù)資源豐富、成本低廉,以至于這項技術(shù)越來越多地被應(yīng)用到工業(yè)控制中,而船舶自動化系統(tǒng)正在向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展,為此本文對基于以太網(wǎng)的船舶航跡控制方法進(jìn)行研究。
　　 本文首先利用MMG(Maneuvering Mathematical Model Group)建模思想建立了船舶三自由度數(shù)學(xué)模型,并建立了包括風(fēng)、海浪及海流等干擾力的數(shù)學(xué)模型。然后分析了傳統(tǒng)PID的優(yōu)缺點,并在此

3、基礎(chǔ)上利用一個非線性跟蹤微分器(TDⅠ)對輸入信號“安排”合理的過渡過程并獲取其微分信號,而用另一個非線性跟蹤微分器(TDⅡ)復(fù)原輸出反饋信號并獲取其微分信號,而后利用非線性組合方式來處理誤差信號、誤差積分信號和誤差微分信號,較好地解決了快速和超調(diào)的矛盾,然后針對閉環(huán)控制對時滯系統(tǒng)、非最小相位系統(tǒng)的響應(yīng)速度慢的缺點,加入了前饋控制,最終產(chǎn)生航跡控制信號。將上述四部分結(jié)合便是本文的非線性PID控制器。在船舶轉(zhuǎn)向階段,設(shè)定船舶與轉(zhuǎn)向點的轉(zhuǎn)向

4、距離,船舶到達(dá)此距離后,再采用航跡控制器轉(zhuǎn)入下一航跡段。
　　 其次,本文在引出了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)概念的基礎(chǔ)上,針對以太網(wǎng)介紹了其隨機(jī)延遲特性。然后闡述了本文所設(shè)計的基于以太網(wǎng)的船舶控制系統(tǒng)仿真設(shè)計原理,介紹了TCP/IP協(xié)議,并對網(wǎng)絡(luò)通信中采用的客戶/服務(wù)器(C/S)通信模型以及通信原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析,而且提出了測試平均網(wǎng)絡(luò)延遲時間的方法。
　　 最后,針對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模型的缺乏,在實際的局域網(wǎng)中完成了基于以太