本发明专利技术公开了一种船舶自动舵自适应控制方法，涉及船舶自动控制技术领域。该方法首先进行海浪模型辨识，并更新控制器管道上限和下限，进而计算控制量；进一步判定如果是静水域且模型验证不通过，则进行船舶模型辨识，并更新控制器，进入下一时刻控制。本发明专利技术实现无需人员参与、整定自动完成的自动舵自整定功能，并以自动辨识海况等级，实现海浪干扰下的航向自适应控制，提高船舶航向的控制性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶自动控制
，具体涉及一种。
技术介绍
1922年航向自动舵首次在船舶航向控制中得到使用，船舶自动舵示意图如图I所示。由于PID控制技术在工业上的成熟应用，在相当长时间内，船舶航向控制领域内PID自动舵占据了主导地位。商用航向自动舵产品主要分布在日本、欧洲、加拿大等航海业较发达的地区，如英国NAVMANW公司的G-PILOT 3380,SIMRAD公司的AP50，加拿大的ComNav公司的Admiral-P3，日本Marol公司的系列产品等。近年来，国内的航海事业蓬勃发展，先后多家公司推出了自动舵产品，如北京海兰信HLD-SC100，锦州利达THD2001A，中船重工707研究所(九江)HD-6AT1。 然而，目前存在的问题之一是PID系数的整定一般由人工观察控制效果采用试凑法整定。由于航向模型线性化的工作点是以航速为索引的，所以需要在不同航速下整定PID系数，工作量较大。并且大部分自动舵参数出厂时固化，当船载、航域等环境改变时，不能保证设计时的控制效果。因此，设计一种具有自整定功能的航向自动舵可以大大降低船员的劳动强度，并提高控制效果。另外，船舶在水面航行时，受到海浪干扰较大，舵机频繁动作，却无法带来积极的控制效果，并且产生较大的机械噪声，船员在饱受海浪颠簸之苦的同时，还要忍受刺耳的噪声。目前常用的方法是，为降低打舵次数手动切换到保持航向模式，通常采取在PID自动舵的基础上增加控制死区的方法。这种方法往往会造成偏航，而且很难有效地降低打舵次数。因此，设计一种根据海况可以自适应设定的航向保持自适应舵是非常有必要的。对国内外船舶航向控制技术总结如下A、国内船舶自适应舵技术与产品几乎为空白；B、在海浪干扰下需要人工切换航向控制器；C、使用控制死区方法的航向保持自动舵控制效果较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种自适应船舶自动舵控制方法，实现无需人员参与、整定自动完成的自动舵自整定功能，并以自动辨识海况等级，实现海浪干扰下的航向自适应控制，提高船舶航向的控制性能。，具体为(I)测量船舶在当前时刻k的航向Ψ (k)；(2)构建船舶模型 A(Z_0 V(k) =B(Z) δ (k-ι)+C(ZXk), z—1 为单位滞后时间因子，Α(ζ_0和Β(ζ_0为已知的多项式系数，δ (k-1)为时刻k-1的控制量，-20 <e(k)<20，求解船舶模型得到多项式系数C (z—1)；(3)将多项式系数 C(J)代入船舶模型 A(z_0 Ψ (n) =B(z_0 δ (η_1)+C (ζ-1) e (η)，n = k-n0,< nO < 200，求解不相关随机序列e (n)，计算协方差权利要求1.，具体为 (1)测量船舶在当前时刻k的航向V(k); (2)构建船舶模型2.根据权利要求I所述的，其特征在于，所述步骤(2)按照如下方式求解船舶模型得到多项式系数eh—1) i 计算3.根据权利要求I所述的，其特征在于，所述步骤(6)按照如下方式求解船舶模型得到多项式系数A (z—1)和B(P) 1)更新4.根据权利要求I所述的，其特征在于，所述管道上限f与下限E关于航向给定值上下对称并且上下限间距在10° 60°之间，海浪等级越高，管道上限r与下限E之间的间距越大。全文摘要本专利技术公开了一种，涉及船舶自动控制
该方法首先进行海浪模型辨识，并更新控制器管道上限和下限，进而计算控制量；进一步判定如果是静水域且模型验证不通过，则进行船舶模型辨识，并更新控制器，进入下一时刻控制。本专利技术实现无需人员参与、整定自动完成的自动舵自整定功能，并以自动辨识海况等级，实现海浪干扰下的航向自适应控制，提高船舶航向的控制性能。文档编号G05B13/04GK102819220SQ20121025823公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月24日 优先权日2012年7月24日专利技术者赵金 申请人:华中科技大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
船舶自动舵自适应控制方法，具体为：(1)测量船舶在当前时刻k的航向ψ(k)；(2)构建船舶模型A(z？1)ψ(k)＝B(z？1)δ(k？1)+C(z？1)e(k)，z？1为单位滞后时间因子，A(z？1)和B(z？1)为已知的多项式系数，δ(k？1)为时刻k？1的控制量，？20＜e(k)＜20，求解船舶模型得到多项式系数C(z？1)；(3)将多项式系数C(z？1)代入船舶模型A(z？1)ψ(n)＝B(z？1)δ(n？1)+C(z？1)e(n)，n＝k？n0，…，k，50≤n0≤200，求解不相关随机序列e(n)，计算协方差进而结合预先建立的协方差与海浪等级的映射关系标定当前时刻k的海浪等级，依据当前时刻k的海浪等级确定航向管道上限和下限(4)求解控制器的输出控制量δ(k)，其中C=I-ICI/Δ-CI/ΔH-H,dk=Δδ‾-Δδ‾δ‾-Lδk-1-δ‾+Lδk-1ψ‾-PΔδ←-Qψ←-ψ‾+PΔδ←+Qψ←,H＝CD？1CB，P＝CD？1HB，Q＝？CD？1HD，D(z？1)＝ΔA(z？1)，CB，HB为多项式系数B(z？1)的Toeplitz和Hankle矩阵，CD，HD为多项式系数D(z？1)的Toeplitz和Hankle矩阵，CI/Δ为多项式I/Δ的Toeplitz矩阵，Δ＝1？z？1，分别为舵机增量舵角物理上限和下限，分别为舵机舵角幅值的物理上限和下限，f=-HTWψ(ψ→*-PΔδ←-Qψ←),S＝HTWψH+Wδ，L=11···1为上一时刻k？1起往前计数的一段连续历史时刻的舵角值集，为当前时刻k起往前计数的段连续历史时刻的航向值集，与中的元素个数相等，为求解的当前时刻k往后计数的未来一段时刻的舵角值集，为当前时刻k往后计数的未来一段时刻的航向预测值集，为与中的未来时刻一一对应的航向给定值集，航向对角加权矩阵Wψ为单位矩阵，wδ为航向对角加权矩阵，其对角线上的值取0.1～0.5，I为单位对角矩阵，上标T为转置；(5)若当前的海浪等级为零且协方差大于预定误差阈值，则进入步骤(6)，否则，进入下一时刻控制；(6)将多项式系数C(z？1)代入船舶模型A(z？1)ψ(k)＝B(z？1)δ(k？1)+C(z？1)e(k)，求解多项式系数A(z？1)和B(z？1)，进而更新控制器，进入下一时刻控制。FDA00001926437600011.jpg,FDA00001926437600012.jpg,FDA00001926437600013.jpg,FDA00001926437600014.jpg,FDA00001926437600021.jpg,FDA00001926437600022.jpg,FDA00001926437600023.jpg,FDA00001926437600024.jpg,FDA00001926437600027.jpg,FDA00001926437600028.jpg,FDA00001926437600029.jpg,FDA000019264376000210.jpg,FDA000019264376000211.jpg,FDA000019264376000212.jpg,FDA000019264376000213.jpg,FDA000019264376000214.jpg,FDA000019264376000215.jpg...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵金，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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