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基于以太网的船舶航迹控制方法研究
| 论文题名： | 基于以太网的船舶航迹控制方法研究 |
| 关键词： | 船舶航行;航迹控制方法;非线性PID控制器;随机延迟特性 |
| 摘要： | 随着航运业的不断发展,船舶航行的密度越来越大,航道与港口变的相当狭窄,从而对船舶航行的安全性和经济性的要求也不断地提高,对航迹与航向的控制精度要求也越来越高;目前的船舶控制系统以航向控制或间接航迹控制系统为主,其控制性能和结构都有待进一步的提高。网络控制系统(Networked Control Systems,NCS)是近十几年随着控制技术、网络技术和计算机应用技术飞速发展而出现的一种新的控制系统理论。以太网作为一种成功的网络技术,在商用和办公化方面得到广泛使用,因为其通信速率高、技术资源丰富、成本低廉,以至于这项技术越来越多地被应用到工业控制中,而船舶自动化系统正在向着数字化、网络化的方向发展,为此本文对基于以太网的船舶航迹控制方法进行研究。 本文首先利用MMG(Maneuvering Mathematical Model Group)建模思想建立了船舶三自由度数学模型,并建立了包括风、海浪及海流等干扰力的数学模型。然后分析了传统PID的优缺点,并在此基础上利用一个非线性跟踪微分器(TDⅠ)对输入信号“安排”合理的过渡过程并获取其微分信号,而用另一个非线性跟踪微分器(TDⅡ)复原输出反馈信号并获取其微分信号,而后利用非线性组合方式来处理误差信号、误差积分信号和误差微分信号,较好地解决了快速和超调的矛盾,然后针对闭环控制对时滞系统、非最小相位系统的响应速度慢的缺点,加入了前馈控制,最终产生航迹控制信号。将上述四部分结合便是本文的非线性PID控制器。在船舶转向阶段,设定船舶与转向点的转向距离,船舶到达此距离后,再采用航迹控制器转入下一航迹段。 其次,本文在引出了网络控制系统概念的基础上,针对以太网介绍了其随机延迟特性。然后阐述了本文所设计的基于以太网的船舶控制系统仿真设计原理,介绍了TCP/IP协议,并对网络通信中采用的客户/服务器(C/S)通信模型以及通信原理进行了详细的分析,而且提出了测试平均网络延迟时间的方法。 最后,针对网络控制系统中网络环境模型的缺乏,在实际的局域网中完成了基于以太网的船舶航迹控制系统仿真实验。仿真结果表明采用本文中的非线性PID控制器,能够使船舶在航行过程中快速跟踪航迹,达到控制要求。 |
| 作者： | 李涛 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 夏国清 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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