[發(fā)明專利]一種基于能量優(yōu)化的綜合減搖裝置雙重神經網絡自整定PID控制方法

有效

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• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104527943A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設計）人: 于立君;劉少英;王輝;陳佳;張波波;關作鈺;王正坤;李灝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B63B39/00
• 分類號: B63B39/00;B63B9/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發(fā)明涉及的是一種減搖控制方法，具體地說是船舶減搖控制方法。

背景技術

船舶在海上航行，由于海浪作用將產生六個自由度的運動，其中以橫搖運動最為劇烈。因此如何減搖一直是人們關注的熱點問題，而減搖鰭和減搖水艙又是當今最常用的船舶減搖裝置，但各自在應用上有缺點。減搖鰭在船舶為高航速時減搖效果較好，低航速或零航速幾乎沒有減搖效果。減搖水艙減搖能力有限，在某些海況下甚至有增搖作用。為克服各自缺點，增加船舶耐波性，同時考慮裝備減搖鰭和減搖水艙。

減搖鰭－被動式減搖水艙綜合減搖系統可以綜合減搖鰭在船舶在高航速下減搖效率高和被動式減搖水艙在零航速和低航速下具有減搖能力的優(yōu)點。綜合減搖系統可以在全航速下工作，有效減小船舶橫搖運動，提高船舶耐波性。但綜合減搖系統的質量矩陣和剛度矩陣存在耦合項，減搖鰭和被動式減搖水艙二者工作時相互影響。綜合減搖系統減搖效果很大程度上取決于控制方法的設計，一般采用經典的PID控制器，但PID控制只針對特定海情有較好的減搖效果，由于船舶運動環(huán)境在一直變化，船速也不是常數，海情也在變化，遭遇頻率也在改變，每次航行負載情況也在變化，隨著這些因素的改變，控制效果會明顯降低。因此在實際工程應用中效果不佳。

而現如今的減搖裝置，僅考慮船舶減搖，對船舶減藥裝置能量優(yōu)化研究較少，甚至為了減搖不惜犧牲大量主機的能量。進一步，對能量優(yōu)化綜合減搖系統控制器的研究則更少。減搖鰭工作需要消耗船舶自身的能量，鰭面積越大，能量損耗越多。相對于減搖鰭，被動式減搖水艙工作不需要消耗額外的能量，在資源相對短缺的今天，必須考慮船舶減藥裝置能量消耗，節(jié)能將是未來船舶減搖系統新的發(fā)展趨勢。為此，在滿足減搖效果的前提下，充分發(fā)揮被動式減搖水艙減搖能力，降低減搖鰭動作幅值和頻率，降低減搖系統的能量消耗，是對綜合減搖控制器的新要求。

減搖鰭和被動式減搖水艙綜合減搖系統控制器的研究也僅針對減搖效果，很少涉及到能量消耗。哈爾濱工程大學的金鴻章、高妍南等在機械工程學報(第47卷第15期,2011年8月,p37-43.)上面發(fā)表了一篇《基于能量優(yōu)化的海洋機器人航向與橫搖自適應終端滑模綜合控制》，文章是依據終端滑模控制理論和零航速減搖鰭工作原理設計針對航向保持和橫搖減搖的控制器，使系統狀態(tài)的跟蹤誤差在有限的時間內收斂為零，另外考慮到海浪干擾的隨機性及海洋機器人自身可攜帶的能量是有限的，因此在控制器的設計中引入遺傳算法，從能量優(yōu)化的角度出發(fā)對控制器參數進行優(yōu)化。雖然利用遺傳算法優(yōu)化PID參數，但是未考慮尋優(yōu)時間。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供不僅可以滿足船舶減搖性能指標，而且可以節(jié)約PID參數尋優(yōu)時間，提高實際應用效率的一種基于能量優(yōu)化的綜合減搖裝置雙重神經網絡自整定PID控制方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現的：

本發(fā)明一種基于能量優(yōu)化的綜合減搖裝置雙重神經網絡自整定PID控制方法，其特征是：

(1)建立綜合減搖系統模型，以海浪波傾角作為綜合減搖系統輸入

當船舶同時裝備減搖鰭和被動式減搖水艙，減搖鰭產生扶正力矩時，綜合減搖系統模型為：