船舶航向自动控制系统：舵.pptVIP

4 发展与现状 § 3 自动舵的执行机构 舵机 三 点浮杆追随机构原理 相敏整流电路分析 方程组 Eref+Ein=i1*r+if(R+Rf) Eref-Ein=i2*r-i3*R i3*R-if(R+Rf) =0 if+i3+i2＝i1 波形 5 集成相敏整流电路 Eref Ein Uout 2、整流桥式相敏整流电路 E0 E0 U U1 * * * + - 3、晶体管调制解调器 4、运算放大器相敏整流电路 二、灵敏度调整电路 偏航信号 三、比例、微分、积分电路 偏航信号输入 舵角反馈信号 §6 典型线路分析-安修斯自动舵 一、安修斯自动舵的特点及性能 1、属比例、微分、积分型航向控制系统 2、有自动和随动两种操舵方式。无应急操舵。 3、自动和随动操舵系统各自独立。除液压舵机的控制电磁阀共用外，其信号传递、综合、变换均采用两个通道，由选择开关进行选择和联锁。提高了可靠性。 4、性能： 电源：60V，50/60Hz交流电。 最大舵角：±35°。 转舵速度：舵自一 舷35°转至另一舷35°。所需时间不超过15秒。 航向选择：360°范围任意选择航向。 二、原理方框图 K1 ：操舵方式 K2：PD/PID选择 K3：微分系数 K4：总放大系数 三、系统原理图 1、随动操舵 2、自动操舵（1）运算电路 （2）开关电路 §7 自适应自动操舵仪 目前船舶有多种成熟的航向舵、航迹舵产 品。其控制方法大多为比较成熟的自适应 控制，例如日本Tokimec公司的PR-8000系 列、日本北辰YOKOGAWA的PT21系列、德国 Anschuz公司NAUTO CONTROL A系列、美国 Sperry Marine NAVIPILOT 4000系列等自 适应自动操舵仪。近几年发展起来的智能 控制及其它近代控制在自动舵上应用尚处 于方案可行性论证及实验仿真阶段。 一、自适应控制基本原理 三个基本特征 1、被控系统的状态、性能或参数，可连续不间断地在线观测，所得信息能够积累。 2、根据积累的信息，做出使系统趋向期望性能的控制决策。 3、在决策的基础上，对控制器进行修正使系统能够工作在最优或次优状态。 自适应控制方法 自适应控制系统的设计方法主要有两大类，一是基于自校正控制理论，另一是基于模型参考自适应控制理论。模型参考自适应控制技术是美国麻省理工学院的Whitaker教授提出来的。自校正控制技术的思想是由Kalman于1958年提出。60年代现代控制理论蓬勃发展，取得了诸如状态空间法、稳定性理论、最优控制、随机控制、参数估计等一些成果，电子计算机迅速发展为在工业生产过程中实现自适应控制这种复杂的策略提供了必要的技术基础。 1、模型参考自适应控制 在模型参考自适应系统中，参考模型规定了系统所要求的动态性能。通过自适应机构调节被控系统，使其与参考模型一致，从而实现可调系统跟踪参考模型所规定的动态特性。 模型参考自适应控制系统 2、自校正自适应控制 对系统参数进行实时辨识，根据系统参数的估计值，按要求的性能指标，设计最优控制律，并按控制律对被控对象进行实时控制。根据对性能指标要求不同，自校正控制有不同的方案。常用的有最小方差控制、二次型最优控制和极点配置。 控制器设计 参数估计 控制器 被控对象 对象参数 指令信号 要求性能 70年代，由于自适应理论和计算机枝术得到了发展，将自适应理论引入船舶操纵成为可能，自适应舵从实验室装到实船上，正式形成了第3代自动舵。任何自适应系统都应能连续地自动辨识(整定)算法的控制参数，以适应船舶和环境条件的动态特性。目前提出的方法主要有自适应PID设计法、随机自适应法、模型参考法、基于条件代价函数的自校正法、最小方差自校正法、线性二次高斯法、风控制法、变结构法等， 二、在航船舶自适应舵简介 1、日本东京计器TOKIMEC公司的PR-8000系列自适应航迹控制装置。该装置最终的控制思路是采用了自适应PID。其核心部分由三大部分组成：基于模型的船舶动态特性估计部分、基于经济模式航行和精确航迹航行的最优控制部分、能有效滤去风流干扰所造成的高频及低频噪声的Kalman滤波器。 2、日本横河YOKOGAWA的PT21系列自适应航迹控制装置。该装置同样采用自适应PID的控制思路。其核心部分包括：基于船舶模型的修正扩展Kalman滤波器来获取真实的船首向及船首回转速率、基于经济模式航行和精确航迹航行的最优控制部分、基于野本船舶模型参数辨识的船舶操纵指标的确定。其航迹规划信号来自NNSS（卫星导航系统）或者是横河自己生产的TRANSOLINE系统。 3、德国ANSCHUTZ的NAUTOPILOT A-1的自适应航迹控制装置。该装置同样采用自适应PID的