[发明专利]船舶自动舵系统的频域分析方法

摘要

本发明涉及一种船舶自动舵系统的频域分析方法，构建船舶自动舵控制系统受控对象的数学模型，建立自动舵控制系统。根据闭环系统响应期望超调量和调节时间，确定控制系统闭环主导极点，通过自动舵控制系统的根轨迹图和伯德图，确定控制器的零极点，设计基于频域法的船舶自动舵二阶超前控制器，构建船舵自动舵控制系统仿真框图，对船舶自动舵控制系统和传统PID控制系统进行仿真对比分析，验证其有效性和可行性。本发明使自动操舵平稳性好、次数较少、舵叶转动幅度合理，减少舵机系统磨损、泄漏和转舵时推力损耗而节约能耗，自动、高精度地保持或改变船舶的航向，以保证船航的平时安全航渡和恶劣环境时船舶的避碰，在实际工程应用中具有参考价值。

主权项

1.一种船舶自动舵系统的频域分析方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1）构建船舶自动舵控制系统受控对象的数学模型，建立自动舵控制系统：尾舵的角坐标偏转，会在引起船只在参考方向上发生固定的偏转，受控对象的数学模型为：，其中，、和分别表示模型的追随操纵性指数，表示旋回性操纵性指数，自动舵控制系统为陀螺罗经送来的船舶的实际航向与设定的航向值比较，将其差值放大后作为控制信号送入控制器，控制器经过被视为惯性环节的掌舵齿轮后，再作用于受控对象的数学模型输出；2）设计基于频域法的船舵自动舵控制器：根据自动舵闭环系统响应期望超调量和调节时间，确定控制系统闭环主导极点，再通过自动舵控制系统的根轨迹图和伯德图，从而确定控制器的零极点，设计基于频域法的船舶自动舵二阶超前控制器；3）基于Matlab/simulink仿真平台，构建船舵自动舵控制系统仿真框图，对船舶自动舵控制系统和传统PID控制系统进行仿真对比分析，验证船舶自动舵控制系统有效性和可行性。