船舶主机自抗扰控制器制造技术

一种船舶主机自抗扰控制器，由自抗扰控制器、油门伺服机构、船舶主机数学模型、风浪流干扰信号构成，其特征是：自抗扰控制器的输入端接收速度设定信号和实际速度信号，经自抗扰控制器处理后，输出端连接油门伺服机构的输入端，传递输出控制信号；油门伺服机构输出端连接船舶主机数学模型输入端；船舶主机数学模型输出端连接自抗扰控制器输入端。船舶主机自抗扰控制器克服船舶主机转速控制过程都存在非线性、时变以及受到环境的干扰而具有不确定性的问题，使船舶主机速度切换控制过程快速、平滑，油门调整小，可以实现高精度的速度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种船舶运动控制算法，尤其涉及一种船舶主机速度控制器。
技术介绍
船舶交通承担着90%以上的国际贸易运输量，随着经济的不断发展，海上交通的密集度越来越大，对航行的安全性和经济性的要求也越来越高，因此对船舶的航行控制就成为一个重要研究课题。船舶主柴油机性能的优劣及寿命很大程度上取决于其调速系统的性能。目前国内外先进的船舶主机调速系统大多采用了数字调速器，控制规律主要采用PID控制器。而船 舶主机转速控制过程都存在非线性、时变以及必需的开停车，操作人员的误操作以及控制对象不可避免地受到环境的干扰而具有不确定性，这些不确定性应该被看作是控制系统的重要的综合特性。控制系统若要获得最优性能指标，仅靠传统控制规律设计的PID控制器是很难满足要求的，因为这种控制器通常是在控制系统为恒系数和环境干扰变化不太大的条件下，才能得到希望的性能，否则，控制系统不能保证最优性能，甚至变成不稳定。
技术实现思路
为了克服船舶主机转速控制过程都存在非线性、时变以及控制对象不可避免地受到环境的干扰而具有不确定性的特点，设计了一种具有较强鲁棒性的船舶主机自抗扰控制器，使船舶主机速度切换控制过程快速、平滑，油门调整小，可以实现高精度的速度。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种船舶主机自抗扰控制器，由自抗扰控制器、油门伺服机构、船舶主机数学模型、风浪流干扰信号构成，其特征是自抗扰控制器的输入端接收速度设定信号和实际速度信号，经自抗扰控制器处理后，输出端连接油门伺服机构的输入端，传递输出控制信号；油门伺服机构输出端连接船舶主机数学模型输入端；船舶主机数学模型输出端连接自抗扰控制器输入端。上述所说的自抗扰控制器，其特征是自抗扰控制器由跟踪微分器TD、扩张状态观测器ESO和非线性状态误差反馈NLSEF三个部件组成。由油门伺服机构和船舶主机数学模型建立包含油门伺服机构的船舶主机一体化数学模型。风浪流干扰信号采用综合正态分布随机干扰和综合均匀随机干扰信号。本技术的工作原理实际速度信号传送给自抗扰控制器；自抗扰控制器将给定速度信号和实际速度信号分别进行处理，将给定速度信号安排过渡过程处理，对实际速度信号经扩张状态观测器处理，再将以上两类信号分别相减处理，得到误差信号和误差信号的微分信号，然后将其进行非线性组合处理之后输出控制信号至包含油门伺服机构的船舶主机一体化数学模型；船舶主机一体化数学模型收到自抗扰控制器输出的控制信号后，经过内部处理，调整油门，改变船舶主机转速，从而达到控制船舶速度的目的。本技术的有益效果是，船舶主机自抗扰控制器克服船舶主机转速控制过程都存在非线性、时变以及受到环境的干扰而具有不确定性的问题，使船舶主机速度切换控制过程快速、平滑，油门调整小，可以实现高精度的速度。以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。图I是本技术的系统结构图。 图2是本技术的自抗扰控制器。图中TD是跟踪微分器，ESO是扩张状态观测器，NLSEF是非线性状态误差反馈，V是系统输入信号，跟踪微分器的V1是安排过渡过程，V2,…，Vn为此过渡过程的各阶导数，Z1,…，Zn为扩张状态观测器对被控对象的状态变量的估计，zn+1视为对未知扰动(包括外界扰动及不确定模型)的估计，ei，…，en为上述两种变量的偏差，U0为误差反馈控制量，u为控制量，y为系统输出信号，ω为外部扰动信号。具体实施方式一种船舶主机自抗扰控制器，见附图说明图1，该系统由自抗扰控制器(I)、油门伺服机构(2)、船舶主机数学模型(3)、风浪流干扰信号(4)构成；所说的自抗扰控制器的输入端接收速度设定信号和由实际速度信号做比较，经自抗扰控制器处理后，输出端连接油门伺服机构的输入端，传递输出控制信号；油门伺服机构输出端连接船舶主机数学模型输入端；输出端连接自抗扰控制器输入端。自抗扰控制器(1)，见图2，由TD(跟踪微分器)、ESO(扩张状态观测器)和NLSEF(非线性状态误差反馈)三个部件组成；其中，给定速度信号连接到TD输入端，安排过渡过程，实现对系统输入信号的快速无超调跟踪，并给出良好的微分信号；被控对象的输入控制信号及实际速度信号连接到ES0，用来估计系统状态，得到系统被控对象的状态估计；与微分信号比较后得到的误差信号连接到NLSEF信号输入端，经过合适的“非线性配置”，就实现了非线性状态误差反馈控制律，从信号输出端将控制信号输出，送入油门伺服机构的输入端。本系统采用二阶自抗扰控制器。根据二阶自抗扰控制器的设计可以得到控制算法为(I) TD离散算法二阶TD的离散形式为⑷(I) [ν2 (Λ+1)=V2 (k)+Tflia^l (k)-v{k),v2 (k),r, H)式中AianO1, V2, r, h)为最速控制综合函数，V1跟踪系统输入信号v，V2跟踪V的导数，r, h为要调节的参数，T为步长。(2) ESO离散算法对于二阶系统，ESO的离散算法为 <k)=zx(k)-y(k) 爲 #)](2)z2(Ar+l)=z2 +7tz3W-^o/ WA5,J01)+W^)] z#+l)(離 25 S02)式中Z1 (k)，z2 (k)，Z3 (k)为扩张状态观测器对被对象的状态变量的估计，y (k)为系统被控输出，Stll, δ 02, b0, δ 01, δ 02, δ ^为可调参数，T为采样步长。(3) NLSEF的离散算法误差的NLSEF形成控制量的离散算法为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶主机自抗扰控制器，由自抗扰控制器、油门伺服机构、船舶主机数学模型、风浪流干扰信号构成，其特征是：自抗扰控制器的输入端接收速度设定信号和实际速度信号，经自抗扰控制器处理后，输出端连接油门伺服机构的输入端，传递输出控制信号；油门伺服机构输出端连接船舶主机数学模型输入端；船舶主机数学模型输出端连接自抗扰控制器输入端。

【技术特征摘要】
1.ー种船舶主机自抗扰控制器，由自抗扰控制器、油门伺服机构、船舶主机数学模型、风浪流干扰信号构成，其特征是自抗扰控制器的输入端接收速度设定信号和实际速度信号，经自抗扰控制器处理后，输出端连接油门伺服机构的输入端，传递输出控制信号；油门...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘为刚，肖海荣，韩耀振，王常顺，周应兵，周风余，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：实用新型
国别省市：