[发明专利]一种船舶舵减摇的综合再置控制方法

权利要求书

1.一种船舶舵减摇的综合再置控制方法，其特征是：

（1）采集船舶横摇角信号e(t)，设定各控制参数初值，包括反馈系数ω_p、微分时间常数τ₁、滤波时间常数T_f、可调增益系数k₀、转折频率1/T₁及1/T₂；

（2）以e(t)为输入，利用基于非线性积分即clegg积分和微分补偿的再置控制算法，计算输出信号u₁(t)；

（3）以u₁(t)为输入，利用低通滤波算法滤掉高频噪声，并削弱由步骤（2）的非线性积分导致的尖峰信号，计算输出信号u₂(t)；

（4）以u₂(t)为输入，应用超前校正算法对系统进行低频段的微分补偿及船舶谐振频率点的开环增益补偿，计算闭环反馈控制信号u(t)；

（5）绘制系统的开环Nyquist图及闭环频率特性，判断设计指标是否满足条件，若不满足，重新调整各控制参数值，包括ω_p、T_f、k₀、T₁、T₂，返回到步骤（2）重新计算反馈输出u(t)，直到满足指标要求为止；

所述的判断设计指标的条件为同时满足：

a、鲁棒性要求：开环Nyquist图在低频处离-1点的距离>0.5；

b、减摇性能要求：开环增益在船舶谐振频率ω_n处达到最大，且增益值≥2.5；闭环灵敏度幅值在谐振频率点最低，此灵敏度函数幅值|S|_min低于-10dB，对主导频率在谐振频率点的海浪干扰，减摇率达到60%以上；

c、舵机饱和非线性限制要求：最大舵角δ_max＝±30°，最大舵速其中反馈输出u(t)即为舵角，反馈输出的导数即为舵角速度。

2.根据权利要求1所述的一种船舶舵减摇的综合再置控制方法，其特征是：所述的再置控制算法具体过程为：

首先令e₁(t)=e(t)，构造积分输入信号，然后根据非线性积分器——clegg积分器的微分方程编制积分算法来求积分器输出，即求积分状态变量x₁(t)；

然后构造反馈回路，将clegg积分器的输出x₁(t)反馈到输入端，即令e₁(t)＝e(t)-ω_px₁(t)

clegg积分器有两个输入信号，分别为e₁(t)和e(t)，当e(t)≠0时，对积分器的输入e₁(t)进行正常的积分累加，得到输出x₁(t)；当e(t)＝0的时刻t＝t⁺，将积分器的输出，即状态变量x₁(t)重新置0；

最后以x₁(t)作为输入，利用微分补偿算法，计算输出信号u₁(t)，

u1(t)=ωp[τ1x·1(t)+x1(t)];]]>

整个再置控制算法描述为如下的微分方程：

x·1(t)=-ωpx1(t)+e(t)whene(t)≠0x1(t+)=Aρx1(t)whene(t)=0u1(t)=ωp(1-ωpτ1)x1(t)+ωpτ1e(t)x1(0)=x10]]>

上式中A_ρ表示再置矩阵，为状态变量的导数；

再置控制算法输入到输出的频率特性C₁(ω)描述为：

C1(ω)=(ωpω(4π-j1)(τ1jω+1)1+ωpω(4π-j1))]]>

=(4ωp+ωpτ1ωπ)-j(ωpπ-4ωpτ1ω)(ωπ+4ωp)-jωpπ]]>

上式中ω表示角频率。