[发明专利]一种电动舵机的船舶操舵控制方法和控制系统

权利要求书

1.一种电动舵机的船舶操舵控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：建立电动舵机的船舶操舵控制系统：包括传感器、本地监控单元、综合操舵台和电动舵机；传感器安装在船舶的重心位置附近，传感器的信号输出端与本地监控单元的信号输入端连接；传感器包括深度传感器和倾角传感器；电动舵机、综合操舵台和本地监控单元分别挂接在CAN总线上；电动舵机与综合操舵台还通过硬接线连接；综合操舵台包括任务处理计算机、通讯模块、输入模块和输出模块；输入模块的信号输出端与任务处理计算机的信号输入端连接；输出模块的信号输入端与任务处理计算机的信号输出端连接；通讯模块的信号收发端与任务处理计算机的信号收发端连接；

S2：根据六自由度空间运动的一般方程建立船舶的运动模型：

S3：采用PID控制算法通过任务处理计算机实现包括航向控制器、深度控制器和纵倾控制器的操舵控制器：

S4：建立船舶的运动控制方程；

S5：对步骤S4得到的方程进行校验和仿真；

S6：根据步骤S5的仿真结果改进步骤S3的PID控制算法，优化控制参数，加入平滑滤波环节和操舵频率限定，使操舵控制器的控制性能满足控制技术指标要求。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的步骤S2中，具体步骤为：

S21：进行船模试验，获得船舶的水动力系数；

S22：根据步骤S21得到的船舶的水动力系数建立船舶的全系数运动方程，在Matlab软件中建立船舶的运动模型。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述的步骤S3中，具体步骤为：

S31：解耦步骤S2的六自由度空间运动的水平面运动和垂直面运动；

S32：根据步骤S21得到的船舶的水动力系数建立船舶的操纵性控制方程，在Matlab软件中建立船舶的控制模型。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：所述的步骤S32中，具体步骤为：设k为采样序号，设z(k)为第k时刻非线性水动力阻尼系数，θ(k)为第k时刻的纵倾角，为第k时刻的横倾角；设z_d为深度误差，θ_d为纵倾角误差，为横倾角误差；设e_z为深度控制值，e_θ为纵倾角控制值，为横倾角控制值；设e(k)为第k时刻所得的偏差信号，设δ_b为方向舵舵角值，δ_s为艏升降舵舵角值，δ_r为艉升降舵舵角值，则为第k时刻方向舵舵角输入值，为第k时刻艏升降舵舵角输入值，为艉升降舵舵角输入值，分别为：

设k_p为比例系数，k_i为积分系数，j为0～k之间的整数值，k_d为微分系数，T为积分时间常数；设为第k时刻方向舵舵角输出值，为第k时刻艏升降舵舵角输出值，为第k时刻艉升降舵舵角输出值；则操舵控制器的PID控制算法表达式分别为：