[发明专利]一种基于能量优化的综合减摇装置双重神经网络自整定PID控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种减摇控制方法，具体地说是船舶减摇控制方法。

背景技术

船舶在海上航行，由于海浪作用将产生六个自由度的运动，其中以横摇运动最为剧烈。因此如何减摇一直是人们关注的热点问题，而减摇鳍和减摇水舱又是当今最常用的船舶减摇装置，但各自在应用上有缺点。减摇鳍在船舶为高航速时减摇效果较好，低航速或零航速几乎没有减摇效果。减摇水舱减摇能力有限，在某些海况下甚至有增摇作用。为克服各自缺点，增加船舶耐波性，同时考虑装备减摇鳍和减摇水舱。

减摇鳍－被动式减摇水舱综合减摇系统可以综合减摇鳍在船舶在高航速下减摇效率高和被动式减摇水舱在零航速和低航速下具有减摇能力的优点。综合减摇系统可以在全航速下工作，有效减小船舶横摇运动，提高船舶耐波性。但综合减摇系统的质量矩阵和刚度矩阵存在耦合项，减摇鳍和被动式减摇水舱二者工作时相互影响。综合减摇系统减摇效果很大程度上取决于控制方法的设计，一般采用经典的PID控制器，但PID控制只针对特定海情有较好的减摇效果，由于船舶运动环境在一直变化，船速也不是常数，海情也在变化，遭遇频率也在改变，每次航行负载情况也在变化，随着这些因素的改变，控制效果会明显降低。因此在实际工程应用中效果不佳。

而现如今的减摇装置，仅考虑船舶减摇，对船舶减药装置能量优化研究较少，甚至为了减摇不惜牺牲大量主机的能量。进一步，对能量优化综合减摇系统控制器的研究则更少。减摇鳍工作需要消耗船舶自身的能量，鳍面积越大，能量损耗越多。相对于减摇鳍，被动式减摇水舱工作不需要消耗额外的能量，在资源相对短缺的今天，必须考虑船舶减药装置能量消耗，节能将是未来船舶减摇系统新的发展趋势。为此，在满足减摇效果的前提下，充分发挥被动式减摇水舱减摇能力，降低减摇鳍动作幅值和频率，降低减摇系统的能量消耗，是对综合减摇控制器的新要求。

减摇鳍和被动式减摇水舱综合减摇系统控制器的研究也仅针对减摇效果，很少涉及到能量消耗。哈尔滨工程大学的金鸿章、高妍南等在机械工程学报(第47卷第15期,2011年8月,p37-43.)上面发表了一篇《基于能量优化的海洋机器人航向与横摇自适应终端滑模综合控制》，文章是依据终端滑模控制理论和零航速减摇鳍工作原理设计针对航向保持和横摇减摇的控制器，使系统状态的跟踪误差在有限的时间内收敛为零，另外考虑到海浪干扰的随机性及海洋机器人自身可携带的能量是有限的，因此在控制器的设计中引入遗传算法，从能量优化的角度出发对控制器参数进行优化。虽然利用遗传算法优化PID参数，但是未考虑寻优时间。

发明内容

本发明的目的在于提供不仅可以满足船舶减摇性能指标，而且可以节约PID参数寻优时间，提高实际应用效率的一种基于能量优化的综合减摇装置双重神经网络自整定PID控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于能量优化的综合减摇装置双重神经网络自整定PID控制方法，其特征是：

(1)建立综合减摇系统模型，以海浪波倾角作为综合减摇系统输入

当船舶同时装备减摇鳍和被动式减摇水舱，减摇鳍产生扶正力矩时，综合减摇系统模型为：