[发明专利]一种船用伺服阀液压舵机的控制方法及系统

说明书

本发明的实施例提供一种船用伺服阀液压舵机的控制方法及系统，方法包括：获取船用伺服阀液压舵机产生的舵令；根据所述舵令，通过安排过渡过程，得到安排过渡过程的输出结果；根据所述输出结果，经过比例、积分和微分进行控制的PID控制器运算输出目标伺服阀开度角；根据所述目标伺服阀开度角，控制伺服阀开度。本发明的方案可以实现舵机平滑控制。

技术领域

本发明涉及舵机控制处理技术领域，特别是指一种船用伺服阀液压舵机的控制方法及系统。

背景技术

在船舶设备中，舵机是最重要的设备之一。它直接影响船舶的安全航行。船舶舵机液压系统由主油路(动力油路)、副油路(控制油路)、油缸、液压油箱、动力控制柜。主油路和副油路都是液压元件，如单向阀、节流阀、溢流阀、换向阀等。油缸是负责推动舵叶的机械结构，液压油缸用于存储液压油。动力控制柜主要有增压泵组(给动力油路提供稳定的液压压力)、伺服阀(调节控制油路液压油的流向和流量)、过滤器和管系等。自动舵或者手动操舵的舵令下达给伺服控制器，伺服控制器通过舵角反馈模块采集的实际舵角，控制伺服阀的开度和方向，进行操舵控制。

舵机是船舶操纵控制的核心系统，船舶舵机控制系统决定了船舶舵机的主要性能。船舶航行时，要求控制航向的船舶舵机控制系统必须具有良好的稳定性、鲁棒性和灵活性。

舵机系统是一个非线性系统，在不同工况及不同水域环境下工作导致的负载变化以及干扰，经典PID控制器是目前的主流自动控制方案，其通过设定舵角和舵角反馈单元反馈的实际舵角误差进行打舵控制，以达到航向控制的目的；PID方案是基于误差的控制，是被动的纠正误差，对于小误差纠正力度小，易造成打舵不准，对于大误差纠正力度又可能会过大，造成油缸冲击和舵角超调，通常采取在PID自动控制的基础上增加控制死区的方法。这种方法往往会造成舵角不准，从而导致船舶偏航，而且会造成舵机多次动舵纠正，传统PID控制方法无法达到完美的控制。

并且在船舶增压泵组状态发生改变时，如开打泵组的数量不同，传统PID控制器会表现出不同的控制状态。

现有传统PID伺服控制器无论是单环还是双环在打舵过程中均会出现不平滑启动和停止过程，对应伺服阀本身的抖动，有缸内油压波动，冲击密封环，加剧舵机磨损。增大舵角死区可以一定程度改善，但同时也会造成航向保持效果变差，航线出现大S弯前进，增大航行路程，增加主机油耗等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种船用伺服阀液压舵机的控制方法及系统。从而实现舵机平滑控制。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种船用伺服阀液压舵机的控制方法，包括：

获取船用伺服阀液压舵机产生的舵令；

根据所述舵令，通过安排过渡过程，得到安排过渡过程的输出结果；

根据所述输出结果，经过比例、积分和微分进行控制的PID运算输出目标伺服阀开度角；

根据所述目标伺服阀开度角，控制伺服阀开度。

可选的，根据所述舵令，通过安排过渡过程，得到安排过渡过程的输出结果，包括：

根据所述舵令，通过以下方程得到安排过渡过程的输出结果；

其中，x1是输入变量，具体为所述舵令，x2是输入变量x1的微分，h为步长即采样时间，fhan为快速最优控制综合函数，v(t)是x2的微分信号。

可选的，根据所述输出结果，经过比例、积分和微分进行控制的PID运算输出目标伺服阀开度角，包括：

通过以下公式：

输出目标伺服阀开度角；