高海情下船舶航向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制研究.pdf

1、在高于設(shè)計海情時，無法通過實船試驗來檢驗船舶航向控制系統(tǒng)的運行工況，以及航向控制效果，本文著重分析了船舶航向系統(tǒng)所存在的間隙、飽和、死區(qū)等非線性特性。通過仿真復現(xiàn)了現(xiàn)有PID控制系統(tǒng)在高海情時的運行工況，結(jié)果表明在高海情下現(xiàn)有控制系統(tǒng)的航向控制效果不能滿足要求。針對高海情下船舶航向系統(tǒng)非線性特性，設(shè)計了先進的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器來改善高海情下船舶航向控制效果。 首先，對船舶航向控制系統(tǒng)建模。基于動量定理、動量矩定理建立了艏搖、橫蕩、橫

2、搖三個自由度的船舶運動方程，并分析了船體所受外力(及力矩)，包括船體水動力、舵上所受的流體動力及海浪的干擾的計算模型。 其次，建立舵機液壓伺服系統(tǒng)的非線性數(shù)學模型。分析舵機液壓伺服系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)，并對各組成部分進行建模。針對實際運行工況分析此系統(tǒng)存在的非線性因素。 然后，對現(xiàn)有船舶航向控制系統(tǒng)進行仿真。對多種海情、不同遭遇角下的航行過程進行仿真，給出航向角、舵角的曲線以及統(tǒng)計值。仿真結(jié)果表明在高于設(shè)計海情下，現(xiàn)有控制

3、器控制的舵角不斷達到飽和，實質(zhì)上在這個過程中系統(tǒng)是處于失控(開環(huán))狀態(tài)，所以無法滿足船舶航向控制精度的要求。 最后，設(shè)計船舶航向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)并進行仿真。針對高海情下船舶航向系統(tǒng)非線性特性，設(shè)計了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，該過程主要包括確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器結(jié)構(gòu)、設(shè)定初值，設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓練算法等。給出了所設(shè)計的航向控制系統(tǒng)的仿真曲線，并與現(xiàn)有控制系統(tǒng)進行比較，仿真結(jié)果表明在高于設(shè)計海情下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器在航向控制精度和解決舵角飽和問題上均有