船舶自动操舵数字多回路串级控制系统.pdfVIP

维普资讯 一 Cy, 自动操舵数字多回路串级控制系统 施伟锋 (上海海运学院) ．￡刀 自 挚操亟堑一．． 摘 要 本文根据数字控制系统设计原则，结合多同路控髑的特点和船舶操纵性传递函数模型，对船舶自 动操舵系统进行了直接数字化设计 形成了船舶 自动操舵数字多回路串级控制系统 ，求出了系统航向串级 回路主 调节器的z传递函数和舵角辅助量补偿回路副调节器的z传递函数，并且分别得到了主调节器和副调节器的计算 机实现算法 竖统一 关键词 墼主趁 垄回堕塑趔 z传递函数 闭环匣馈系统 馈控制。该系统与常规的自动操舵系统在形式上有 1 前 言 一 些差别，但从自动控制工程原理来研究，在本质上 是等效的，也是可以实现的。 船舶在大海上航行时，长时期处于定向航行状 2．2 船舶操舵响应模型 态。自动操舵系统能利用罗经发出偏航信号实现船 野本谦作教授从控制工程的观点为研究了船舶 舶 自动保持在给定航向上航行 。随着微机在船舶航 的操纵性问题 ，把 由于改变舵角引起的各种操纵运 海仪器上广泛应用，微机网络型全 自动化船舶成为 动看作输出操纵运动对输入舵角的响应关系，建立 当前海船的发展方向，用数字控制系统来取代传统 了操舵响应的数学模型。舵角y (s)引起的转首回 的模拟量控制船舶 自动操舵系统成为现实性问题。 转运动为y (s)，则船舶转首对操舵响应的传递函 数为： 2 船舶自动操舵控制系统 G3(s)一 2．1 自动操舵控制系统结构 一 (1) 从 自动控制工程的观点出发，对船舶 自动操舵 此传递函数的时间域运动方程形式为Nomoto 系统进行分析，得出自动操舵控制系统方框图如图 方程。丁a、 是直接评定船舶操纵特性的操纵性指 1所示。为使系统信号之间的关系更明确，系统形成 数，丁a表示船舶对舵的快速应答性和航 向的稳定 了航向负反馈和舵角负反馈的多回路控制系统 。航 性，a表示回转性。丁 值 比较大， 值很小。例如， 向负反馈 回路是串级控制回路，由主调节器G (s) 某货船，其L×B× ×D尺寸为：140×19×8．35× 进行航向闭环负反馈控制。舵角负反馈 回路是辅助 10．5，满载航行航速为 15kn，其 T 一35，K 一0． 量补偿 回路，由副调节器G ( 进行舵角闭环负反 055。按照自动控制的观点，丁 、 可分别认为是被 图l 船舶 自动操舵控制系统方框图 ‘船舶l 1997年第 3朝 维普资讯 控对象的时间常数、放大系数．是反映被控对象特性 行离散化 。为简化计算，不妨假设航向反馈和舵角反 的重要参数。 馈都是单位反馈 ，引入数字化控制器 D (z)和 D： (z)，得到了多回路采样控制系统 (如图2)。在航向 3 自动操舵数字多回路串级控制系统 回路中引入舵角附加量闭环负反馈能改善系统的调 节性能 。系统的采样开