PID控制器在船舶减摇水舱控制器设计与优化的应用

减摇水舱控制系统中的摇摆台控制一般采用PID控制系统,借助PID控制系统的算法优势,传输摇摆角度信号,有效控制减摇。PID系统采用免疫遗传算法,该算法能够建立起数学模型,推理运算出目标函数值,向电液伺服阀输出动作指令,控制船舶横摇。本文分析了PID控制器在船舶减摇水舱控制器设计中的应用,提出优化PID控制器的设计方法,经过仿真实验证实,改进优化的变参数PID控制器能够有效控制船舶横摇角、鳍角速率,提高减摇效率。     

基于细菌觅食算法的船舶舵减横摇PID控制器设计

为解决传统舵减横摇PID控制器在外界环境变化时,控制参数不能实时调节,导致减摇效率降低的问题,将细菌觅食算法(BFO)与传统的PID控制结合,设计基于细菌觅食算法的船舶舵减横摇PID控制器(BFO-PID控制器),将船舶的实际船体参数引入到船舶横摇运动控制系统中,通过仿真实验对比船舶在加入BFO-PID控制器前后船舶横摇角的变化,分析改进后的控制器对该型船舶舵减横摇的适用性,实验表明,运用改进后的舵减摇控制器,船舶在不同遭遇角下均具有较好的舵减摇效率,证明控制器改进的有效性,细菌觅食算法提高了舵减摇控制器的鲁棒性。     

大型船舶横向非线性减摇自适应控制系统

传统船舶横向非线性减摇控制系统使用PID模糊控制器,在随机复杂海浪情况下横摇角恢复慢,减摇控制效果差,因此设计一种大型船舶横向非线性减摇自适应控制系统。系统硬件设计中设计了整体硬件架构,并针对减摇鳍的构造与船舶行驶特征设计工作流程,调整角度实现减摇;软件设计中,利用改进的无模型自适应控制方法嵌入到系统中,引入混沌遗传优化算法增强自适应能力,增强控制效果。为验证设计系统的控制效果,设计实验,设计系统的减摇率为24.67%,与传统系统相比提高了7.34%,说明设计系统减摇控制性能更优越。     

船舶减横摇系统FC-PID并联控制研究

基于船舶横摇运动非线性模型,设计了一种船舶减横摇FC-PID并联控制器.该控制器由Fuzzy Control和PID并联组成,其结构简单,易于工程实现.通过合理的设计模糊隶属度函数和PID输出限幅环节,实现自动无级切换控制,使船舶减横摇系统的鲁棒性能和控制精度均得到有效改善.仿真结果表明,在高海情下,基于FC-PID并联控制的船舶减横摇系统具有良好的减摇效果,并且鳍角饱和率和鳍伺服系统的功耗也得到显著降低.     

模糊控制在船舶减摇技术上的应用

首先阐述模糊控制原理,从模糊控制系统架构的4个方面进行说明如何设计模糊控制器。以此为基础设计船舶减摇控制器,并根据船舶运动受外界影响变化非线性、非稳态的特点,加入积分过程,形成模糊积分控制。最后通过仿真实验说明,本文所采用的算法比PID控制更能有效控制船舶运动,减轻横摇。     

舰船减摇和抗倾覆系统的研究

舰船在海上航行时受到海浪与海风作用力的冲击,会产生横摇、纵摇等运动,当横摇与纵摇角度超过其平衡点时,舰船就可能发生倾覆等严重的事故。本文研究的目的是提高舰船的减摇与抗倾覆能力,本文基于DSP控制器,设计一种舰船减摇与抗倾覆控制系统,并详细介绍了该控制器的硬件组成与减摇性能。     

船舶矢量舵减横摇控制系统

针对未加装减摇装置系统的船舶的横摇运动问题,本文提出由舵和翼舵构成2个相对独立的矢量控制面减横摇稳定控制系统,建立了矢量舵控制力矩和扭矩与舵角、翼舵角的m阶回归模型,给出了拟合精度。设计了系统μ-鲁棒控制器,本系统能量最小指标下设计了基于改进遗传算法的舵角/翼舵角智能协调决策器。仿真结果表明,在保证航向控制精度同时,矢量舵减横摇μ-鲁棒控制系统能有效减小横摇,降低系统能耗,且增强了抗系统参数摄动的鲁棒性。     

模糊PID控制器在船舶试验台横摇位置系统中的应用

减摇水舱是一种减小船舶横摇的重要装置,建立船舶试验台是对其进行研究的主要手段.文章针对两自由度船舶试验台横摇位置系统建模中忽略的参数不确定及非线性环节等因素,设计了一种基于模糊逻辑的PID控制器.该控制器能够实现PID控制参数的实时调节,实验研究表明其在实际系统中具有优于常规PID控制器的性能.     

神经网络优化PID舰船发动机自动控制

使用传统舰船发动机控制方法控制时,因其控制参数均为固定设置,无法随发动机参数变化而变化,导致控制方法的响应与实际控制信号出现较大偏差,影响了控制方法的稳定性和灵活性。针对以上问题,研究神经网络优化PID的舰船发动机自动控制方法。构建发动机闭环增益的PID结构后,设计神经网络自动控制器。利用遗传算法对神经网络PID自动控制器参数进行整定,降低控制器响应控制信号时的超调量,完成对舰船发动机控制方法的设计。通过与传统模糊PID控制方法的对比实验,证明了研究的控制方法能够有效降低24.31%的超调量,并且相比传统方法研究的方法的正弦跟随特性更佳,即神经网络优化后的自动控制方法具有更好的稳定性和灵活性。     

模糊算法的舰船控制器自动优化研究

常规舰船控制器的控制机理为"事后调节",这样会使舰船在定位过程中出现超调,导致波动较大,控制效果不好。因此设计一种基于模糊算法的舰船控制器自动优化方法,首先建立舰船运动模型,分析舰船运动自由度,分别在固定坐标系和舰船坐标系中表示出舰船的运动方式,为舰船的运动控制提供理论基础;随后基于模糊算法对舰船控制器进行优化,分别设计舰船控制器在模糊控制中的规则、模糊隶属度函数和控制过程中输入输出值,完成模糊算法的舰船控制器自动优化研究。在仿真实验中,分别使用常规控制器与经过优化后的控制器进行实验,实验结果表明,经过优化后的舰船控制器在首摇、纵向、横向三方面对舰船有很好的控制作用,与传统的控制器相比,几乎不存在波动和超调,能够稳定保持在期望的舰船位置上。     

舰船横摇及其预测和减摇

本文旨在向舰船设计人员叙述一下舰船横摇现象、采用现有理论方法进行的横摇预测和采用现有减横摇系统进行的减摇,并对现有的预测方法进行评论。可以断定,采用现有的方法能良好地预测没有减摇装置的横摇运动,而在预测横摇运动中必须考虑到耦合横摇-横荡运动。本文还讨论了被动式和主动式横摇减摇水舱和主动式减摇鳍的使用,并探讨了各种减摇装置的尺寸、性能和优缺点。本文最后认为,需要进行模型试验来确定预测减横摇装置的性能和进一步研究横摇运动。     

一种基于实时预测算法的船舶姿态控制器设计

在船舶研发和改进过程中,研究减摇设备是重要课题之一。传统减摇设备的滞后性导致其不能有效避免波浪引起的船舶侧翻等灾害,故本文设计一种基于实时预测算法的船舶姿态控制器。将不规则波分解为大量规则波叠加建立波面模型,分析波倾角并建立船舶的传递模型。基于卡尔曼滤波算法设计船舶的横摇预测系统,再以减摇鳍为核心设计姿态控制器,最后进行模拟仿真。结果表明,预测系统预测结果准确,预测值误差较小,姿态控制器减摇效果良好,浪向角120°下横摇角被控制在5°以内。     

减摇鳍PID控制器参数的修正

为了克服现有减摇鳍系统PID控制器参数选择难的问题,提出了用实际海试结果修正减摇鳍系统PID控制器参数的方法;通过对某船实际海试结果的分析和仿真,修正了设计阶段得到的PID控制器参数,从而极大地改善了系统的减摇效果;在减摇鳍PID控制器设计中,船舶固有横摇周期T对参数选定影响大,而无因次横摇阻尼ξ的影响较小,因此控制器参数调节应以船舶固有横摇周期的变化为主.     

减摇鳍变参数最优控制器及其设计

为了减小船舶横摇运动参数、船舶航向和海浪扰动的变化对减摇鳍性能的影响,减摇鳍PID控制器的参数k_1、k_2和k_3应随之变化。文章提出了变参数PID控制器的原理,在此基础上提出了一种变参数最优PID控制器的设计方案,并对此设计方案进行了计算机仿真。仿真结果表明了当船舶自然横摇周期和无因次横摇衰减系数变化时,在各种浪向下,具有变参数最优PID控制器的减摇鳍都有很好的减摇效果。     

船舶泵控式抗横倾系统的设计与抗横倾验证

为了解决传统的船舶抗横倾系统存在生产成本高、横倾补偿速率低等问题,设计泵控式抗横倾系统,针对船舶本身质量惯性大,在横倾平衡调节过程中采用传统PID控制存在调节时间长、系统超调量大的问题,设计一种模糊PID控制策略。分析船舶泵控式抗横倾系统的结构组成和工作原理,建立实际船舶泵控式抗横倾系统Simulink模型,设计系统模糊PID控制器,在Matlab环境中进行仿真实验,结果表明,相比于PID控制,采用模糊PID控制系统最大超调量减少30%,船舶恢复平衡时间减少了90 s,搭建泵控式抗横倾系统试验平台并进行抗横倾试验,验证了该抗横倾系统的实用性。     

超小型减摇鳍变参数PID电控系统的实现与分析

超小型减摇鳍安装于小型船舶上,为了减小船舶的横摇,采用变参数PID控制系统不失为一种行之有效的方法。建立并分析了变参数PID系统的数学模型,通过使用IAP15F2K61S2单片机来实现减摇鳍控制器的硬件和软件设计,使减摇效果更加理想。     

减摇鳍控制策略优化

横摇是对船舶航行影响最大的运动,为减少船舶横摇人们发明了各种减摇手段,减摇鳍是其中最有效的一种。为提升减摇鳍的减摇效果,探索更优化的减摇鳍控制方法,文章主要研究减摇鳍的鳍角反馈与升力反馈之间的区别。研究结果表明:采用升力反馈可以避免采用鳍角反馈控制减摇鳍时在鳍角与升力计算中所产生的映射误差,避开了鳍角与升力间转换的不确定性,提高了减摇效果。     

长峰波海浪影响下的船舶减摇鳍fuzzy-immune控制策略

船舶航行时,受到风浪影响产生的横摇运动会使船体摇晃。当倾斜角偏大,对于船体稳定性和安全性影响较大。减摇鳍控制技术上传统PID不具备自整定的能力,缺乏在不同海况下的适应性及调节能力,减摇作用与控制效果较差。将模糊控制与PID相结合,同时引入免疫调节,优化PID控制参数,免疫控制能形成有效的反馈,结合模糊和免疫二者优点,设计减摇鳍模糊免疫控制系统,并在Matlab中进行了仿真。结果表明,fuzzy-immune对海浪影响下的船舶横摇有很好减摇控制效果。     

破损进水舰船非线性横摇运动的实验研究

通过设计破损舰船非线性横摇运动实验,对不同状态下的船模进行定频率变波高和定波高变频率的横摇激振试验,探讨舰船横摇运动的水动力特性随横摇频率和横摇幅角变化规律,分析Ⅱ类和Ⅲ类进水舱对破损舰船横摇运动的水动力特性的影响。运用混沌信号识别技术分析破损舰船进水后横摇运动的混沌特性,验证数值仿真的结果,预报破损舰船在规则波中的横摇运动的幅频响应和相频响应。     

基于模糊理论的船舶减摇鳍智能控制系统分析

船舶减摇鳍系统是船舶与海洋工程的一个重要系统，目前已在客船及军用舰船上得到广泛应用。减摇鳍对提高船舶的耐波性、适航性、稳定性以及快速性具有很重要的作用，并能延长船舶使用寿命、改善设备与人员的工作条件、提高客船旅客舒适度或提高军用舰船的战斗力。减小船舶横摇是目前船舶运动控制领域的重要课题之一。本文以船舶减摇鳍系统作为研究对象，对船舶减摇鳍系统变参数PID控制和智能模糊控制算法进行系统阐述。减摇鳍系统目前大多采用基于力矩对抗原理的PID控制器，控制器的性能对船舶自然横摇周期和无因次衰减系数有很大的依赖关系。由于船舶横摇运动的复杂性、非线性、时变性等特点以及海况的不确定性。经典的PID控制难以获得满意的控制效果，采用先进的控制策略是解决这一问题的有效方法。