[发明专利]一种基于能量最优的变参数综合减摇控制器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种船舶减摇控制器，属于自动控制领域，特别涉及的是一种基于能量最优的变参数综合减摇控制器。

背景技术

船舶在海上航行受到海风、海浪、海流的干扰会产生横摇、艏揺、垂荡等六个自由度的运动，其中横摇运动最剧烈。严重的横摇运动会使船上的设备不能正常工作，甲板浸水，船员工作生活不适；对于军舰，影响火炮系统瞄准，军人在岗效率降低，舰载机不能安全起落。为了有效地减小船舶横摇，人们发明了各种减摇装置，期中考虑成本及可靠性后较为常用的有减摇鳍、被动式减摇水舱、减摇舵、舭龙骨。在设计时，应以达到预期减摇效果的并且不会太多影响船舶横摇运动特性为前提，同时在设计减摇装置时主要考虑某一范围内的海情，而不按很少遇到的恶劣海情设计，这主要是考虑成本以及船舶的运动性能。舭龙骨由于结构简单、较经济并且有较好的减摇效果而被大量采用。减摇鳍外形像机翼，根据流体力学可知，快速流动的海水会在鳍上产生升力力，产生力矩来抵抗海浪对船舶的干扰。减摇鳍的减摇效果正相关于船舶航速，航速越大减摇效果越明显，最高减摇比可达9成，但在低航速或零航速时减摇不明显，这也是减摇鳍的不足之处。被动式减摇水舱根据谐振原理设计，船舶运动时，舱内液体流动会产生力矩抵消海浪的干扰。设计良好的被动式减摇水舱能在各种航速下减摇，特别是低航速和零航速下能有一定的减摇效果，可以弥补减摇鳍的不足之处，但被动式减摇水舱也有自己的局限性，在一些情况下不但不能减摇而且会加剧横摇。

综合减摇系统兼备减摇鳍和被动式减摇水舱的优点同时又能相互弥补不足，经过良好的控制可以使船舶在各种航速和海情下都有令人满意的减摇效果。船舶同时安装减摇鳍和被动式减摇水舱之后，二者同时工作，减摇能力不是两者的简单相加。减摇鳍有可收放和不可收放两种，可收放式结构较复杂，成本高，并没有大量应用。而考虑到航行时减摇鳍不被撞击，减摇鳍的尺寸就有一定的限制。设计良好的被动式减摇水舱只依靠自身的固有频率工作，不用外加额外的控制，不消耗电能。减摇鳍是一种主动减摇设备，有专门的控制电路和设备，转动的减摇鳍能产生与不断变化的海浪干扰力矩相适应的对抗力矩，工作要消耗电能。减摇鳍的减摇能力正比于鳍的表面积。船舶在海上长时间航行，原料补给较困难，因此节能减耗是必须要考虑的，可以通过设计一个变参数控制器，来达到既有较好的减摇能力又有耗能小优点的目标。

发明内容

本发明的目的是提供是一种应用与船舶减摇，可以能耗低又能够达到较好减摇能力的基于能量最优的变参数综合减摇控制器。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于能量最优的变参数综合减摇控制器，其组成主要包括：角速度传感器1、减摇控制器2、航速调节装置3、浪级调节器4、随动控制系统5，其中角速度传感器1与减摇控制器2连接，航速调节装置3与浪级调节器4连接。

所述的一种基于能量最优的变参数综合减摇控制器，其特征是：首先，分析船舶-减摇鳍系统数学模型和船舶-被动式减摇水舱系统数学模型建立减摇鳍-被动式减摇水舱综合减摇系统数学模型，建立二次性能指标，采用遗传算法对参数寻优，设计基于能量最优的变参数PID控制器。

所述的一种基于能量最优的变参数综合减摇控制器，其特征是摇鳍-被动式减摇水舱综合

减摇系统数学模型：