文摘
本文涉及的研究评估的数学模型和船舶运动的稳定性,研究性质的系统动力学和稳定性等。这是至关重要的根据要求选择合适的控制方法的问题。一些控制方法需要作者指定控制参数的操作系统可以开始之前。因此,本文的调查对于上述问题非常有用。控制方法,通过仿真结果(PID控制器、滞后补偿器和铅补偿器)给我结果,反映系统的性能(船舶操作周期的稳定性模型)。此外,这个模型的控制方法,为研究和教育服务,介绍如下。通过Matlab仿真。
1。介绍
一艘船是一个对象,不断移动表面上的大海。大小船只往往是大型货物运输服务,等。血管的压力很大从激烈的波浪,潮汐,等。因此,在船船员是一个挑战。下面的动力学分析主要是法律。特别是,牛顿定律的情况下使用一艘被认为是一个移动的身体在液体培养基。液体表面的参数在这种情况下,不考虑。船舶运动方程描述是一个高阶微分方程。这个方程包含许多物理参数。这些参数相互有关联的关系。通过之前的研究,这个对象已经完整的动力学特性:运动计算从离开的那一刻起,稳定的储备很低(1)由于许多外部因素的影响,等。研究报告表明,船舶的控制目的是以下目的:作者稳定船舶方向,提高系统的稳定储备。作者调整参数,以便过渡时间短。本文的目的是不超出上述意图。稳定问题的方向在有限的时间内,其他船舶的轨迹的稳定性问题是已知的。这些轨迹可以是其他对象的目标跟踪点。根据上述问题的要求,系统的稳定性是一个主题感兴趣的。这导致一个作者需要做的工作:作者评估船舶的质量上面提到的运动学参数。除此之外,其他因素包括实施成本和能源的类型和他们的消费控制一艘船,让它运行在最有效的方式2]。另一个有趣的工作流体动力学(专题3)驱逐舰。另一个理论是使用技术(4)驱逐舰。未来的研究论文正在调查动态特性为航母配备了火箭发射器中引用(5]。舵减摇的经验(6在挪威是一个新的研究课题。推力损失与自动驾驶仪(7,8的潜艇总是受欢迎的。机械测试(9可以应用于军事潜艇。指导和控制10的海洋军事潜艇很有趣。平面运动机构系统(11,12为任何类型的船总是对读者有用。架构的原则(13- - - - - -15为潜艇的设计是一个新课题。概率理论(16潜艇的动力一直感兴趣的作者。基于引用的17),作者可以研究潜艇的浮动和下沉的机制。有关这个主题的文章总是有帮助的。在操舵和滚动的耦合运动18的一个军事潜艇是一个未来的工作。解决方案的兼容性19)为一种可以被研究人员认为潜艇。自主车辆的描述(20.),包括现代军用车辆的水下,21世纪初是一本小说的主题。无人潜水器的控制策略(21)包括潜水机器人和机器人航母是一个吸引人的话题。工程手册(22)有必要提到车辆:机器人潜艇和航母机器人。汽车的使用人工神经网络在23极大的兴趣。最优控制的水面战斗舰(24]/ responding-type船舶运动模型(25)是一个新的研究工作。开始的数学模型26),这个模型可以由一个控制器控制的一致性与它的结构。疲劳分析的27军舰的引用)。Ship-to-grid集成(28)可以有利的船舶位于内陆。使用的方法来检测船雷达信号(29日)是一种很有前途的研究。电磁兼容性(30.]军舰的设计是一种特殊的出版物。分析船舶水下静电场(31日)与实际测量进行了更精确的结果。船舶不沉性设计智能决策支持系统(32在最后阶段需要考虑。本文调查船系统的稳定性通过专门的控制方法已成为教学活动在学校受欢迎。作者评估了这些方法的有效性在最详细的,之前一直没有充分记录。
2。船的模型
图1详细描述,运动部件和船舶运动参数(图1)在轴6自由度(自由度),具体来说,如下。
轴上的运动部件和运动参数描述如下:滑动沿着x设在包括 ,这是垂直船舶中心的位移,u纵向位移的速度, ,倾斜的角度, ,卷的角速度是哪一个滑动沿着y设在包括 ,这是船的中心水平位移, ,水平位移的速度, ,这是不同的角度, ,这是纵向转动的角速度滑动沿着z设在包括 ,这是船的中心在垂直的位移方向, ,这是这艘船的方向, ,旋转的速度是哪一个 船的中心点的坐标吗
船的运动在任何位置如下所示1]: 在哪里是向量指定位置,用于东方地球参考系,是速度矢量的方向和角速度矢量,米是惯性矩阵,是科氏力矩阵,向量的力量,和重力的时刻,然后呢力的矢量和控制信号的时刻。
线性状态空间模型描述的动力船没有噪音信号的影响如下所示(33]: 在哪里 ,一个和B是系数矩阵, 是控制信号,舵杆旋转角度。方程(2)可以写成
方程(3)是船的线性状态方程用于合成船舶控制系统不受干扰信号影响。一艘船的参数如下。这艘船的长度l= 175 (m),宽度在船的中心B= 25.4 (m),水的扩张W= 21222(米3),这艘船的最大速度是多少u= 14节。的价值aij和bij计算如表1。这艘船的线性状态方程:
这艘船的传递函数:
从模型(3),作者产生一个特征矩阵一个。系数的值,一个ij和bij,在这个矩阵是在一个区域极点在复平面上的分布。这导致了不良现象的调查任何系统的动态特性。
复数形式表示如下:年代=一个+b j的价值,”一个“是真正的部分和的值b虚部。影响系统的稳定性的因素包括动态的属性。系统的所有状态变量是动态的表示。这些变量包括倾角和偏航速度等重要参数,影响船舶质量稳定系统。因此,这两个参数都感兴趣。另一个参数是舵角的大小影响有多少能量被消耗在船舶操舵。这个参数中扮演着重要角色在保持船的运动的方向很长一段时间。上述因素的分析是必要的选择控制器来控制船舶营运中不同的目的。
3所示。使用PID控制器设计的策略
PID控制器常用的时域行为调节许多不同类型的动态植物(35]。给出了PID控制的传递函数
4所示。使用铅和滞后补偿器控制器设计
导致PD控制器的补偿器是一个软近似;PD控制器,给出的GPD(年代)=KP+KD年代不是物理上可实现的,因为它是不正确的,它会区分高频噪音,从而产生大幅波动在输出。为了避免这种情况,导致控制器的PD控制器近似以下形式:
大的价值P,导致控制器近似PD控制越好;重新安排了
现在,让 和
以下近似获得控制器的传递函数PD控制器和被称为补偿器:
如果Z<P,这个控制器称为铅控制器(或铅补偿器)。如果Z>P,这个控制器称为滞后控制器(或滞后补偿器)。领导给出了补偿器的传递函数
滞后补偿器是一个软近似的PI控制器,它是用于提高稳态响应,尤其是以减少系统的稳态误差;稳态误差的减少是通过增加相同数量的波兰人和零系统:
自从PI控制器本身是不稳定的,我通过引入价值接近了PI控制器P0不为零,但接近于零,小我使P0更好的这个控制器近似PI控制器,和π的近似值控制器的形式:
5。仿真结果和讨论
图的系统使用PID控制器,补偿器,和滞后补偿器如图2- - - - - -4,使用PID控制器和仿真结果,导致补偿器,和滞后补偿器如图5- - - - - -16。
图8表明,脉冲响应的封闭系统(以红色突出显示)比开放系统(用绿色突出显示数字6)。振荡的振幅值的封闭系统在这种情况下很大,和封闭系统,是不会达到一个稳定状态。PID控制器,封闭系统没有很好的回应。的值的振荡幅度开放系统在这种情况下是大型和开放系统不达到一个稳定状态。
图7表明,封闭系统的阶跃响应(用蓝色突出显示)比开放系统(用红色突出显示的图5)。振荡的振幅值的封闭系统在这种情况下很大,和封闭系统,是不会达到一个稳定状态。PID控制器,封闭系统没有很好的回应。与此同时,开放系统不能回应。一般来说,对PID控制器,系统没有很好的回应。
图12表明,脉冲响应的封闭系统(用绿色突出显示)比开放系统(用绿色突出显示图10)。振荡的振幅值的封闭系统在这种情况下,大的封闭系统,是不会达到一个稳定状态。使补偿器,封闭系统没有很好的回应。的值的振荡幅度开放系统在这种情况下是零和开放系统达到稳定状态。
图11表明,封闭系统的阶跃响应(以红色突出显示)比开放系统(图中用蓝色突出显示9)。振荡的振幅值的封闭系统在这种情况下,大的封闭系统,是不会达到一个稳定状态。使补偿器,封闭系统没有很好的回应。与此同时,开放系统不能回应。一般来说,领导的补偿器,系统响应。
图16表明,脉冲响应的封闭系统(以红色突出显示)比开放系统(用红色突出显示的图14)。振荡的振幅值的封闭系统在这种情况下,大的封闭系统,是不会达到一个稳定状态。对于滞后补偿器,封闭系统没有很好的回应。价值的开放系统的振荡幅度在这种情况下是−1.4和开放系统达到稳定状态。
图15表明,封闭系统的阶跃响应(用绿色突出显示)优于开放系统(图中用蓝色突出显示13)。振荡的振幅值的封闭系统在这种情况下,大的封闭系统,是不会达到一个稳定状态。对于滞后补偿器,封闭系统没有很好的回应。与此同时,开放系统不能回应。一般来说,滞后补偿器,系统响应。
上述控制方法的效率在降序排列:(1)使补偿器(2)滞后补偿器(3)PID控制器
6。结论
通过稳定的系统的调查,作者接下来的治疗方向在以下研究工作:作者使用这个属性来评估的有效性使用专门为上面提到的系统控制。在未来,使用强大的控制算法可以应用于上述模型,如神经控制。比较控制器的效率帮助我理解的本质问题尤其是船模型和其他自动模型。本文的仿真结果可以是一个丰富的参考资料的选择在未来船舶新的控制方法。
数据可用性
使用的数据来支持这个研究的发现是作为引用引用在文章。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。