[发明专利]一种电动舵机的船舶操舵控制方法和控制系统

说明书

本发明提供了一种电动舵机的船舶操舵控制方法和控制系统，以普通PID控制策略作为改进的目标，采用基于参数优化的PID控制策略，针对电动舵机进行建模，建立船舶的运动控制方程，通过PID控制算法和平滑滤波算法自动解算出舵角，有效避免了电动舵机执行机构在初始时刻的大启动带来的负面影响；通过加入对操舵次数的限定，降低船舶频繁操舵引起的噪声，提升了船舶的隐身性；通过对电动舵机的控制，满足了在船舶上对电动舵机的操舵要求；通过与现有的人工操纵控制模式相结合，保证了船舶可靠稳定地航行。通过搭建响应速度快、控制精度高的电动舵机的船舶操舵系统，能够迅速调整舵角、更加精确地实现舵角的控制，减少了操舵的次数，简化了控制流程。

技术领域

本发明属于船舶操舵控制技术领域，具体涉及一种电动舵机的船舶操舵控制方法和控制系统。

背景技术

目前船舶均采用阀控液压操舵作为主操舵系统，液压操舵系统存在操舵辐射噪声大、跑舵及卡舵的问题。随着电动舵机研制工艺的逐渐成熟，有采用质量轻、工作稳定、相应迅速、易于布置和便于维护的电动舵机取代液压舵的趋势。

随着对船舶全航速电动舵机的研制，传统阀控液压操舵系统已经无法满足电动舵机的操舵需求，全航速的电动操舵系统是未来船舶操舵系统的发展方向。若用电动舵机取代液压泵阀，操舵控制系统的组成、控制对象、控制策略都将发生相应改变；而目前还没有与电动舵机相匹配的电动操舵系统，需要提出一种与电动操舵系统匹配的控制系统，使其实现电动操舵的功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种电动舵机的船舶操舵控制方法和控制系统，用于实现在船舶上对电动舵机的操舵应用功能。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种电动舵机的船舶操舵控制方法，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。

按上述方案，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。

进一步的，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。