[發明專利]一種電動舵機的船舶操舵控制方法和控制系統

在審

• 申請號: 202011083008.0
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112158321A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 杜羅娜;吳方良;楊軍;謝坤;聶華
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: B63H25/26
• 分類號: B63H25/26;B63H25/24;B63H25/36
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平

1.一種電動舵機的船舶操舵控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：建立電動舵機的船舶操舵控制系統：包括傳感器、本地監控單元、綜合操舵臺和電動舵機；傳感器安裝在船舶的重心位置附近，傳感器的信號輸出端與本地監控單元的信號輸入端連接；傳感器包括深度傳感器和傾角傳感器；電動舵機、綜合操舵臺和本地監控單元分別掛接在CAN總線上；電動舵機與綜合操舵臺還通過硬接線連接；綜合操舵臺包括任務處理計算機、通訊模塊、輸入模塊和輸出模塊；輸入模塊的信號輸出端與任務處理計算機的信號輸入端連接；輸出模塊的信號輸入端與任務處理計算機的信號輸出端連接；通訊模塊的信號收發端與任務處理計算機的信號收發端連接；

S2：根據六自由度空間運動的一般方程建立船舶的運動模型：

S3：采用PID控制算法通過任務處理計算機實現包括航向控制器、深度控制器和縱傾控制器的操舵控制器：

S4：建立船舶的運動控制方程；

S5：對步驟S4得到的方程進行校驗和仿真；

S6：根據步驟S5的仿真結果改進步驟S3的PID控制算法，優化控制參數，加入平滑濾波環節和操舵頻率限定，使操舵控制器的控制性能滿足控制技術指標要求。

2.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的步驟S2中，具體步驟為：

S21：進行船模試驗，獲得船舶的水動力系數；

S22：根據步驟S21得到的船舶的水動力系數建立船舶的全系數運動方程，在Matlab軟件中建立船舶的運動模型。

3.根據權利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述的步驟S3中，具體步驟為：

S31：解耦步驟S2的六自由度空間運動的水平面運動和垂直面運動；

S32：根據步驟S21得到的船舶的水動力系數建立船舶的操縱性控制方程，在Matlab軟件中建立船舶的控制模型。

4.根據權利要求3所述的控制方法，其特征在于：所述的步驟S32中，具體步驟為：設k為采樣序號，設z(k)為第k時刻非線性水動力阻尼系數，θ(k)為第k時刻的縱傾角，為第k時刻的橫傾角；設z_d為深度誤差，θ_d為縱傾角誤差，為橫傾角誤差；設e_z為深度控制值，e_θ為縱傾角控制值，為橫傾角控制值；設e(k)為第k時刻所得的偏差信號，設δ_b為方向舵舵角值，δ_s為艏升降舵舵角值，δ_r為艉升降舵舵角值，則為第k時刻方向舵舵角輸入值，為第k時刻艏升降舵舵角輸入值，為艉升降舵舵角輸入值，分別為：

設k_p為比例系數，k_i為積分系數，j為0～k之間的整數值，k_d為微分系數，T為積分時間常數；設為第k時刻方向舵舵角輸出值，為第k時刻艏升降舵舵角輸出值，為第k時刻艉升降舵舵角輸出值；則操舵控制器的PID控制算法表達式分別為：