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原文传递船舶航迹控制技术研究

论文题名：	船舶航迹控制技术研究
关键词：	船舶航迹控制;控制系统;仿真结果;组合导航系统;直接式;定位精度;航迹偏差;建模与仿真;偏差计算;航向;仿真分析;船舶航行;船舶操纵;卡尔曼滤波技术;自适应控制;自动舵;运动数学模型;线性数学模型;海浪;船舶导航系统
摘要：	本论文主要对船舶航迹控制系统展开研究。船舶是借助螺旋桨的推力和舵力来保持或改变航向和航速的。用于船舶操纵的自动舵是船舶控制系统中不可缺少的重要设备,其性能直接影响着船舶航行的操纵性和经济性,它与船舶航行安全、能源节约密切相关,很多专家学者在这一领域进行着深入的研究。因此操舵系统是一个重要的控制系统。　　航迹控制对于长时间航行的船舶来说是十分必要的。本文结合国家计划内项目的相关课题,主要研究了直接式航迹控制系统。论文首先简要介绍了间接式与直接式航迹控制的设计方案,分析了航迹规划的主要功能,针对墨卡托海图上的恒向线航法,研究了卫星导航船位推算、方位和航程的计算、航迹偏差计算、航迹偏差计算中参考点的选取以及航迹偏差形成的一般方法和解析方法。　　船舶操纵运动数学模型的准确性直接影响着航迹控制系统的精度。并且由于风、流、海浪对船舶运动会产生直接影响,因此论文在建立了船舶非线性与线性数学模型的基础上,对风、流、海浪的干扰也进行了建模,并对海浪干扰力(力矩)进行了仿真分析。因为船舶导航系统的定位精度与航迹控制系统的精度密切相关,所以论文在分析了各种单一导航系统的基础上,应用卡尔曼滤波技术对GPS/SINS组合导航系统进行了建模与仿真研究。仿真结果表明,组合导航系统误差振动幅度小,定位精度高,能够满足船舶航迹控制的精度要求。　　直接式航迹控制与航向控制是密切相关的,因此本文在搭建了直接式航迹控制系统Simulink仿真框图的基础上,对数字PID航向自动舵进行了计算机仿真分析,仿真结果表明自适应PID控制相对非自适应控制而言具有良好的动态与稳态性能,控制效果良好。最后,论文对直接式船舶航迹控制系统进行建模与仿真,仿真结果表明神经网络航迹控制器具有很好的鲁棒性,航向航迹误差很小且具有良好的航迹跟踪精度。
作者：	张仁丹
专业：	控制理论与控制工程
导师：	刘胜
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文