自抗扰技术在船舶动力系统控制中的应用

自抗扰控制技术是从非线性PID控制技术中发展而来的,自抗扰技术在非线性系统的控制中有明显的优势。本文基于自抗扰控制算法,针对船舶动力系统的三相异步电动机的控制技术进行优化设计,构建了船舶动力系统的自抗扰控制器,在Matlab Simulink软件中,通过构建自抗扰控制器的函数模型,对该动力系统控制器的特性进行仿真试验。     

基于自抗扰控制技术的船舶发电机励磁系统研究

船舶电网是一个容量有限的电源系统,突加突卸大功率负载会对其造成冲击,甚至引起船舶发电机输出电压不稳定,采用经典PID难以满足快速恢复发电机输出电压的功能要求。针对这一问题,提出一种基于自抗扰控制技术的新型励磁控制策略对其进行改进。介绍自抗扰控制器的原理,分析其控制性能较经典PID控制优异的原因,设计自抗扰控制器,在Simulink仿真平台上搭建励磁系统仿真模型,进行仿真实验,仿真结果表明在船舶电力系统突加突卸大功率负载后,新型励磁控制策略较经典PID控制具有更好的快速性和稳定性。     

船舶推进电机直接转矩控制策略改进

针对船舶永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统转矩和磁链脉动大、逆变器开关频率不恒定及抗干扰性差等问题,提出基于空间矢量调制(SVM)和自抗扰控制器(ADRC)的直接转矩控制策略。分析SVM的实现过程,通过合成参考电压矢量来补偿磁链和转矩偏差,固定控制周期使逆变器的开关频率保持恒定。设计基于自抗扰控制技术的速度调节器,以提高系统的鲁棒性。仿真实验表明,新的控制策略可以改善磁链和转矩稳态时的表现,保证转速的快速响应并增强系统的抗干扰性。     

船舶应急发电机基于PLC的自动控制系统的设计

根据船舶应急电站与主电站的关系以及对应急电站的控制要求,在主电网和应急电网、主配电板开关、联络开关、应急发电机组等硬件基础上,自主设计基于PLC及其控制软件替代继电器(接触器)的应急电站自动控制系统。     

基于自抗扰控制器的船舶电动舵机控制系统设计

针对经典PID控制无法满足船舶电动舵机系统指标要求的问题,设计一种基于自抗扰控制器的控制算法。分析了船舶电动舵机的数学模型。针对舵机控制对象设计二阶自抗扰控制器,建立基于自抗扰控制器的舵机控制系统。利用Matlab对舵机带负载工作进行仿真,对文中所提出自抗扰舵机控制器与经典PID舵机控制器进行对比分析。结果表明,文中所提出的自抗扰船舶电动舵机控制器能够满足舵机在负载大范围变化以及存在外界干扰时所需的响应速度,并有效改善动静态特性,抗干扰能力强,鲁棒性好,控制效果优于经典PID舵机控制器。     

欠驱动船舶水面的非线性数学模型及跟踪控制

以欠驱动船舶水面的跟踪控制为研究对象,介绍船舶的数学模型和运动方程建模,以及船舶在水平面上3个自由度的运动方程,并且对船舶可能受到的风、浪、流等干扰进行分析。最后,提出一种自抗扰船舶航向控制方法,在该方法中,运用遗传算法对控制参数进行优化处理。实验结果表明,该自抗扰控制方法具有较高的抗干扰能力和较强的鲁棒性。     

新能源船舶路径跟踪自抗扰控制方法

新能源船舶运动路径控制属于欠驱动控制,传统PID控制动态性能较差,无法适应新能源船舶运动中遇到的扰动问题。本文在对新能源船舶进行运动分析的基础上,提出一种新能源船舶路径跟踪自抗扰控制器的设计方案,该路径跟踪自抗扰控制器包括舵角自抗扰控制器、扩张状态观测器和跟踪微分器等,对舵角自抗扰控制器、扩张状态观测器和跟踪微分器进行了详细设计,使用Matlab对新能源船舶自抗扰控制进行了仿真,得到了轨迹跟踪、首向角变化以及速度变化的仿真结果。仿真结果表明,设计的控制器能够对设定轨迹进行跟随,具有较好的稳定性。     

基于自抗扰控制技术的船舶航向自动舵控制方法研究

本文基于线性Nomoto船舶运动模型,以传统PID控制器为基础,考虑到船舶自身状态和外界未知干扰对船舶航向系统的影响,对船舶航向自动舵控制系统引入自抗扰技术,建立以自抗扰控制方法为基础的船舶航向控制系统。最后利用Simulink仿真软件搭建系统的仿真模块,对改进的船舶航向控制系统的性能进行仿真验证。结果表明该方法具有较强鲁棒性、抗干扰性,解决了超调性与快速性之间的矛盾。在应对海上复杂的环境时有良好的动态性能和稳态性能。     

基于自抗扰技术的船用柴油机转速控制研究

针对电控柴油机转速控制系统存在模型偏差、负载扰动等问题,设计了改进的自抗扰转速控制方法。就常规自抗扰控制非线性函数为分段函数,参数多,不利于实际应用的情况,设计了基于反双曲正弦函数的自抗扰非线性函数。反双曲正弦函数为光滑曲线,调节参数大为减少,理论证明简单。为了提高控制效果,设计了基于齐次有限时间收敛的自抗扰误差反馈控制律,并进行了有限时间收敛性证明。最后,仿真实验表明有限时间收敛的自抗扰算法控制速度快、精度高、抗扰动能力强。     

非规则波动下直线航迹自抗扰控制数学模型设计

非规则波动,船舶直线航迹经常出现偏差,影响了船舶航行的稳定性和安全性。为此,针对传统PID控制、自适应神经网络控制2种方法控制效果差的问题,设计一种非规则波动下直线航迹自抗扰控制数学模型。该模型分为3部分:首先进行跟踪微分器设计,消除干扰因素的影响,然后利用扩张状态观测器,估计船舶运行状态,最后利用状态误差反馈,计算船舶运行误差,以此实现自抗扰控制。结果表明,与传统PID控制、自适应神经网络控制2种方法相比,利用设计的数学模型进行非规则波动下直线航迹自抗扰控制,得到的直线航迹与预期航迹之间的拟合优度更大,更接近1,由此说明自抗扰控制数学模型更能有效规范船舶直线航迹,保证了船舶航行的稳定性和安全性。     

基于MFA的船舶电站智能控制

船舶电站的电压自动调整(AVR)、频率和负荷的自动控制是电站管理系统(PMS)的核心,常规控制采用PID算法,往往导致系统振荡和超调,不利于电站的稳定运行。基于神经网络的无模型自适应控制(MFA)技术,具有快速性、稳定性和鲁棒性的优点,大大提高船舶电站系统的控制精度和可靠性。     

基于神经网络的船舶电站频载模糊控制方法研究

为改善船舶电站的动态和稳态性能,本文提出基于神经网络的船舶电站频载模糊控制方法。分别对船舶电站的频率和功率变化情况进行监测,并保存监测数据,通过与正常频载范围进行对比,计算出频载模糊控制量;在此基础上,结合模糊控制原理和神经网络推断逻辑设计电站频载控制器,通过调整单机频率和解列电站频载的方式实现对船舶电站的频载控制。通过实验对比可知,无论频率角度的控制还是功率角度的控制,所提方法的控制性能始终优于传统控制方法。     

船舶电站系统建模与仿真

为了实现船舶电站的运行分析和故障仿真,建立柴油机、船用发电机和负载的数学模型,并在此基础上运用MATLAB/Simulink技术完成船舶电站仿真系统.仿真结果表明,发电机输出信号稳定,能够满足船舶电站动、静态运行分析的需要.该系统能够实现船舶电站自动控制的仿真运行,对船舶自动化电站的运行分析具有重要的理论价值和实用意义.     

抗随机干扰的船舶动力系统混合控制方法

在随机干扰下,船舶航行的动力稳定性控制系统是一个多变量的非线性系统,通过船舶动力系统混合控制优化设计,提高船舶航行动力输出的稳定性。提出一种基于模糊PI双控制的船舶动力系统混合控制方法。构建船舶动力输出控制的约束参量模型,采用稳态误差修正方法进行船舶动力输出的误差反馈控制,结合模糊PI控制方法进行船舶动力输出的自适应调节,实现船舶动力双环自镇定反演控制。仿真结果表明,采用该方法进行船舶动力系统混合控制和输出稳定性调节,控制过程的稳定性较好,动力输出的鲁棒性较高,抗随机干扰性较强。     

非线性船舶航向自抗扰控制器的仿真研究

良好的航向操控对于应对船舶航行环境和突发情况具有现实意义。本文首先分析非线性船舶航向控制模型,在此基础上设计自抗扰控制器,并对其参数进行调整。最后与传统的PID控制器进行仿真对比,实验结果表明二阶自抗扰控制器能准确跟踪船舶,并且航向保持控制精度高。     

嵌入式船舶电站监测系统的设计

随着船舶的大型化和自动化以及电子信息技术和自动控制技术的不断发展,船舶自动化程度越来越高,对船舶电站自动化程度的要求也越来越高。为了实现船舶电站可靠地运行、控制和管理,提高船舶机舱的自动化程度,国内外专家一直在致力于研制各种高性能的船舶电站监控系统。文中尝试设计一种基于嵌入式的船舶电站监控系统。     

考虑横向漂移的船舶路径跟踪自抗扰控制

针对船舶运动系统中内部动态不确定和外部干扰等问题,进行了欠驱动船舶路径跟踪的自抗扰方法研究。利用Backstepping设计参考航向角,并通过线性扩张状态观测器对流干扰和横向运动引起的横向漂移进行估计。其次,根据自抗扰算法对航向进行控制,采用线性扩张状态观测器对外界干扰及内部不确定项进行估计。最后仿真结果表明,在风流干扰下所设计的控制器仍能使船准确地跟踪上参考路径,验证了所提控制方案的有效性。     

船舶电站原动机及调速系统模拟研究

船舶电站原动机及调速系统的模拟是研究和分析船舶电力系统机电暂态过程和稳定运行能力的重要方法,对船舶电站的设计、研制具有重要意义。本文详细介绍了目前船舶电力系统模拟研究中的原动机及调速系统的各种模拟方法,并对其性能进行比较分析,给出船舶电站原动机及调速系统模拟系统的发展前景。     

新型线性自抗扰控制器在船舶动力定位控制系统中的应用

针对船舶在海上作业时动力定位控制系统需要精准定位的问题,提出基于改进跟踪微分器的自抗扰控制器,解决线性自抗扰控制器由于省略跟踪微分器而降低系统动态性能的问题。结合线性与非线性跟踪微分器的优点,设计能够较好跟踪微分信号,且能降低噪声对系统影响的改进跟踪微分器,从而构成新型线性自抗扰控制器。仿真实验结果表明,相比于传统的线性自抗扰控制器,基于改进跟踪微分器的LADRC有较强的鲁棒性和自适应性,且超调小、响应快、抗扰能力强。     

单片机船舶导航自动控制系统

在传统船舶导航自动控制系统中,导航角度与控制角度存在一定的偏差,导致船舶实际输出控制量超出导航偏差修正范围,自动控制变量精度降低。为了提升自动控制系统的控制精度,提出采用单片机的船舶导航自动控制系统。利用单片机的高度集成性,建立导航信号与控制器信号的容错处理框架。在框架基础上,对导航角度与控制量之间的偏差进行高精度计算。获得高精度偏差系数后,根据偏差系数对控制量进行容错控制计算,从而提升船舶导航自动控制精度。最后,通过与传统控制系统的控制精度对比实验,证明提出设计系统的有效性。