[實用新型]船舶主機自抗擾控制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220071610.7
• 申請日: 2012-03-01
• 公開（公告）號: CN202615141U
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設計）人: 潘為剛;肖海榮;韓耀振;王常順;周應兵;周風余
• 申請（專利權(quán)）人: 山東交通學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;B63H21/21
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種船舶運動控制算法，尤其涉及一種船舶主機速度控制器。?

背景技術(shù)

船舶交通承擔著90％以上的國際貿(mào)易運輸量，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，海上交通的密集度越來越大，對航行的安全性和經(jīng)濟性的要求也越來越高，因此對船舶的航行控制就成為一個重要研究課題。?

船舶主柴油機性能的優(yōu)劣及壽命很大程度上取決于其調(diào)速系統(tǒng)的性能。目前國內(nèi)外先進的船舶主機調(diào)速系統(tǒng)大多采用了數(shù)字調(diào)速器，控制規(guī)律主要采用PID控制器。而船舶主機轉(zhuǎn)速控制過程都存在非線性、時變以及必需的開停車，操作人員的誤操作以及控制對象不可避免地受到環(huán)境的干擾而具有不確定性，這些不確定性應該被看作是控制系統(tǒng)的重要的綜合特性。控制系統(tǒng)若要獲得最優(yōu)性能指標，僅靠傳統(tǒng)控制規(guī)律設計的PID控制器是很難滿足要求的，因為這種控制器通常是在控制系統(tǒng)為恒系數(shù)和環(huán)境干擾變化不太大的條件下，才能得到希望的性能，否則，控制系統(tǒng)不能保證最優(yōu)性能，甚至變成不穩(wěn)定。?

發(fā)明內(nèi)容

為了克服船舶主機轉(zhuǎn)速控制過程都存在非線性、時變以及控制對象不可避免地受到環(huán)境的干擾而具有不確定性的特點，設計了一種具有較強魯棒性的船舶主機自抗擾控制器，使船舶主機速度切換控制過程快速、平滑，油門調(diào)整小，可以實現(xiàn)高精度的速度。?

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：?

一種船舶主機自抗擾控制器，由自抗擾控制器、油門伺服機構(gòu)、船舶主機數(shù)學模型、風浪流干擾信號構(gòu)成，其特征是：自抗擾控制器的輸入端接收速度設定信號和實際速度信號，經(jīng)自抗擾控制器處理后，輸出端連接油門伺服機構(gòu)的輸入端，傳遞輸出控制信號；油門伺服機構(gòu)輸出端連接船舶主機數(shù)學模型輸入端；船舶主機數(shù)學模型輸出端連接自抗擾控制器輸入端。?

上述所說的自抗擾控制器，其特征是自抗擾控制器由跟蹤微分器TD、擴張狀態(tài)觀測器ESO和非線性狀態(tài)誤差反饋NLSEF三個部件組成。?

由油門伺服機構(gòu)和船舶主機數(shù)學模型建立包含油門伺服機構(gòu)的船舶主機一體化數(shù)學模型。?

風浪流干擾信號采用綜合正態(tài)分布隨機干擾和綜合均勻隨機干擾信號。?

本實用新型的工作原理：實際速度信號傳送給自抗擾控制器；自抗擾控制器將給定速度信號和實際速度信號分別進行處理，將給定速度信號安排過渡過程處理，對實際速度信號經(jīng)擴張狀態(tài)觀測器處理，再將以上兩類信號分別相減處理，得到誤差信號和誤差信號的微分信號，然后將其進行非線性組合處理之后輸出控制信號至包含油門伺服機構(gòu)的船舶主機一體化數(shù)學模型；船舶主機一體化數(shù)學模型收到自抗擾控制器輸出的控制信號后，經(jīng)過內(nèi)部處理，調(diào)整油門，改變船舶主機轉(zhuǎn)速，從而達到控制船舶速度的目的。?

本實用新型的有益效果是，船舶主機自抗擾控制器克服船舶主機轉(zhuǎn)速控制過程都存在非線性、時變以及受到環(huán)境的干擾而具有不確定性的問題，使船舶主機速度切換控制過程快速、平滑，油門調(diào)整小，可以實現(xiàn)高精度的速度。?

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。?

圖1是本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。?

圖2是本實用新型的自抗擾控制器。圖中TD是跟蹤微分器，ESO是擴張狀態(tài)觀測器，NLSEF是非線性狀態(tài)誤差反饋，v是系統(tǒng)輸入信號，跟蹤微分器的v₁是安排過渡過程，v₂，…，v_n為此過渡過程的各階導數(shù)，?z₁，…，z_n為擴張狀態(tài)觀測器對被控對象的狀態(tài)變量的估計，z_n+1視為對未知擾動(包括外界擾動及不確定模型)的估計，e₁，…，e_n為上述兩種變量的偏差，u₀為誤差反饋控制量，u為控制量，y為系統(tǒng)輸出信號，ω為外部擾動信號。?

具體實施方式

一種船舶主機自抗擾控制器，見圖1，該系統(tǒng)由自抗擾控制器(1)、油門伺服機構(gòu)(2)、船舶主機數(shù)學模型(3)、風浪流干擾信號(4)構(gòu)成；所說的自抗擾控制器的輸入端接收速度設定信號和由實際速度信號做比較，經(jīng)自抗擾控制器處理后，輸出端連接油門伺服機構(gòu)的輸入端，傳遞輸出控制信號；油門伺服機構(gòu)輸出端連接船舶主機數(shù)學模型輸入端；輸出端連接自抗擾控制器輸入端。?