船舶作為水上交通工具,對(duì)其行駛速度進(jìn)行有效控制,除了能夠進(jìn)一步提升船舶航行的自動(dòng)化程度之外,還能保證船舶在水面上的航行安全性,使其按照預(yù)先設(shè)定好的航線行駛,避免發(fā)生碰撞。船舶行駛速度控制是研究的重點(diǎn)課題之一,傳統(tǒng)的控制方法以PID和模糊控制為主,雖然能夠達(dá)到一定的控制效果,但系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性比較差。鑒于此,本文依托非線性理論,提出一種全新的船舶行駛速度控制系統(tǒng),對(duì)該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模與仿真進(jìn)行論述。結(jié)果表明,本文開(kāi)發(fā)的控制器比傳統(tǒng)PID控制器的穩(wěn)定性高很多,具有使用價(jià)值。 

【文章來(lái)源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(24)北大核心

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船舶行駛速度控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1Dynamicstructurediagramofshipspeedcontrolsystem

40(2A):53–55.[2]莊緒州,張勤進(jìn),劉彥呈,等.船舶全電力推進(jìn)系統(tǒng)恒功率負(fù)載有源阻尼控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2020(1):21–24.[3]駱寒冰,佟海兵,謝芃,等.動(dòng)力定位船舶循跡控制海上實(shí)測(cè)與數(shù)值模擬研究[J].中國(guó)造船,2020(3):39–42.[4]劉向辰.一種基于轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)觀測(cè)器+重復(fù)控制的船舶永磁同步電機(jī)矢量控制技術(shù)[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2020(5):87–89.[5]朱永欣,張曉鋒,黃靖.基于功率調(diào)節(jié)裕度的船舶汽發(fā)機(jī)組非線性控制切換策略[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2020(6):121–123.[6]圖4存在干擾下的控制效果示意圖Fig.4Schematicdiagramofcontroleffectunderinterference第42卷黃曉悅：船舶行駛速度控制的數(shù)學(xué)建模與仿真分析·39·

間進(jìn)行確定。為便于分析論證，以某型號(hào)的船舶為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用仿真的方法，驗(yàn)證控制器的效果。將該船舶在水面上的行駛初始速度設(shè)定為0km，并將航速設(shè)定為10km，在行駛過(guò)程中，本次設(shè)計(jì)的控制器與傳統(tǒng)PID控制的效果分別如圖2和圖3所示。圖2行駛速度控制效果示意圖Fig.2Thecontrollerspeedcontroleffectdiagram圖3傳統(tǒng)PID控制器行駛速度控制效果示意圖Fig.3SchematicdiagramofdrivingspeedcontroleffectoftraditionalPIDcontroller可以清楚地看到，在相同的條件下，本文設(shè)計(jì)的控制器對(duì)船舶行駛速度的控制效果要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的PID控制器。無(wú)任何干擾時(shí)，2個(gè)控制器都能夠保持穩(wěn)定，而傳統(tǒng)的PID的穩(wěn)定時(shí)間更長(zhǎng)一些。有干擾時(shí)，從圖4可以看出，本次設(shè)計(jì)的控制器雖然在初期時(shí)存在輕微振蕩，但后續(xù)達(dá)到穩(wěn)定，而傳統(tǒng)的PID控制器并未達(dá)到穩(wěn)定，說(shuō)明干擾對(duì)傳統(tǒng)的PID控制器產(chǎn)生非常大的影響，致使其無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行，控制效果大幅度降低。3結(jié)語(yǔ)對(duì)船舶的行駛速度進(jìn)行控制，能夠使船舶保持安全航行，避免碰撞事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)穩(wěn)定性不足，本文依托非線性理論，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一款全新的行駛速度控制器，經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證，該控制器的穩(wěn)定性高于傳統(tǒng)的PID，具有使用價(jià)值。參考文獻(xiàn)：郭杰,劉軼華,馬利華.基于多模態(tài)快速非奇異終端滑模的船舶航跡跟蹤自抗擾控制[J].中國(guó)航海,2020(6):75–77.[1]盧颯.無(wú)速度傳感器高性能交流調(diào)速控制在船舶設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].艦船科學(xué)技術(shù),2018,40(2A):53–55.[2]莊緒州,張勤進(jìn),劉彥呈,等.船舶全電力推進(jìn)系統(tǒng)恒功率負(fù)載有源阻尼控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2020(1):21–24.[3]駱寒冰,佟海兵,謝芃

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于多模態(tài)快速非奇異終端滑模的船舶航跡跟蹤自抗擾控制[J]. 郭杰,劉軼華,馬利華.  中國(guó)航海. 2020(02)
[2]基于功率調(diào)節(jié)裕度的船舶汽發(fā)機(jī)組非線性控制切換策略[J]. 朱永欣,張曉鋒,黃靖.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2020(19)
[3]一種基于轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)觀測(cè)器+重復(fù)控制的船舶永磁同步電機(jī)矢量控制技術(shù)[J]. 劉向辰.  電機(jī)與控制應(yīng)用. 2020(05)
[4]動(dòng)力定位船舶循跡控制海上實(shí)測(cè)與數(shù)值模擬研究[J]. 駱寒冰,佟海兵,謝芃,盛世民.  中國(guó)造船. 2020(01)
[5]船舶全電力推進(jìn)系統(tǒng)恒功率負(fù)載有源阻尼控制策略[J]. 莊緒州,張勤進(jìn),劉彥呈,郭洪智,張博.  電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2020(S1)
[6]無(wú)速度傳感器高性能交流調(diào)速控制在船舶設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 盧颯.  艦船科學(xué)技術(shù). 2018(08)



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