[发明专利]一种船舶舵减摇的综合再置控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种船舶控制方法，具体地说是船舶减摇控制方法。 

背景技术

对于航行中的船舶而言，由于风、浪、流等环境干扰的作用，会产生各种摇荡，对船舶的安全性、船上的设备、货物及船员都会产生不利影响，其中以横摇影响最为严重。舵的主要作用是用来控制航向，但是操舵时船会有一个初始的内倾，直到达到稳定状态的外倾角，而且，这个初始的横摇角发生在船进入任何航向运动之前。具体原理是：当舵偏离中心位置时，就会产生一个升力——舵力，因为舵的尺寸很小，所以这个力也很小，但是因为舵安装在船的底部，它所产生的横摇力矩却很大，这个横摇力矩就会产生横摇运动。舵减摇是利用操舵所产生的横摇运动来抵消波浪产生的横摇。应用舵减摇，减摇率一般可以达到30%~70%。当然，对于要求比较高的船舶，也可以将舵减摇与其它减摇装置配合起来进行联合减摇。由于舵减摇可以利用船上现有的舵和操舵系统，无需增加额外的硬件设备，不仅可以在大中型的特种船舶和民用船上应用，也适用于小船。目前，舵减摇技术在许多国家受到了不同程度的重视，有着广阔的应用前景。 

目前国内外有一些针对再置控制的文献，但没有文献和专利成果进行过船舶减摇系统再置控制的研究。Joaquín Carrasco等发表在《IEEE TRANSACTIONSON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY》上的文章“Reset Control of an IndustrialIn-Line pH Process”针对具有时滞的化工业对象，提出了一种再置补偿器的设计方案。Alejandro Fernández Villaverde等发表在《IEEE TRANSACTIONS ONINDUSTRIAL ELECTRONICS》上的文章“Reset Control for Passive BilateralTeleoperation”针对双边遥操作系统的通讯时滞导致的速度和鲁棒性之间的冲突，给出了部分再置控制器。这些再置补偿器都是针对特定的时滞对象设计的，并不适用于其它的系统。对船舶舵减摇系统而言，由于横摇对象具有非最小相位特性，会有很大的相位滞后，所以需要在控制器中加入一定的超前校正作用， 因此简单的再置补偿器并不适用。 

目前对于舵减摇控制，国内外都有一定的研究。Roberts等发表在《IEEProceedings of Control Theory Applications》上的文章“Robust controlmethodology applied to the design of a combined steering/stabilizersystem for warships”应用H∞控制理论设计了舵减摇控制器，该文献只给出了系统的闭环频率特性，并没有对减摇效果进行分析和验证。杨承恩等发表在《中国造船》上的文章“一种用μ分析设计的舵减摇鲁棒控制器”用μ分析方法设计了一种H∞控制器来解决结构化模型不确定性问题，虽然该舵减摇控制器具有一定的减摇效果，但不足之处是会导致艏摇角增大。 

发明内容

本发明的目的在于提供对船舶横摇谐振频率附近的海浪干扰具有最强的扰动抑制能力的一种船舶舵减摇的综合再置控制方法。 

本发明的目的是这样实现的： 

本发明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)；