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(jì)海情時(shí)，無法通過實(shí)船試驗(yàn)來檢驗(yàn)船舶航向控制系統(tǒng)的運(yùn)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(fù)現(xiàn)了現(xiàn)有PID控制系統(tǒng)在高海情時(shí)的運(yùn)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(duì)高海情下船舶航向系統(tǒng)非線性特性，設(shè)計(jì)了先進(jìn)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(duì)船舶航向控制系統(tǒng)建模?；趧?dòng)量定理、動(dòng)量矩定理建立了艏搖、橫蕩、橫

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

3、器控制的舵角不斷達(dá)到飽和，實(shí)質(zhì)上在這個(gè)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(jì)船舶航向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)并進(jìn)行仿真。針對(duì)高海情下船舶航向系統(tǒng)非線性特性，設(shè)計(jì)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(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練算法等。給出了所設(shè)計(jì)的航向控制系統(tǒng)的仿真曲線，并與現(xiàn)有控制系統(tǒng)進(jìn)行比較，仿真結(jié)果表明在高于設(shè)計(jì)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