基于以太網的船舶航跡控制方法研究.pdf

1、隨著航運業(yè)的不斷發(fā)展,船舶航行的密度越來越大,航道與港口變的相當狹窄,從而對船舶航行的安全性和經濟性的要求也不斷地提高,對航跡與航向的控制精度要求也越來越高;目前的船舶控制系統以航向控制或間接航跡控制系統為主,其控制性能和結構都有待進一步的提高。網絡控制系統(Networked Control Systems,NCS)是近十幾年隨著控制技術、網絡技術和計算機應用技術飛速發(fā)展而出現的一種新的控制系統理論。以太網作為一種成功的網絡技術,在商

2、用和辦公化方面得到廣泛使用,因為其通信速率高、技術資源豐富、成本低廉,以至于這項技術越來越多地被應用到工業(yè)控制中,而船舶自動化系統正在向著數字化、網絡化的方向發(fā)展,為此本文對基于以太網的船舶航跡控制方法進行研究。
　　 本文首先利用MMG(Maneuvering Mathematical Model Group)建模思想建立了船舶三自由度數學模型,并建立了包括風、海浪及海流等干擾力的數學模型。然后分析了傳統PID的優(yōu)缺點,并在此

3、基礎上利用一個非線性跟蹤微分器(TDⅠ)對輸入信號“安排”合理的過渡過程并獲取其微分信號,而用另一個非線性跟蹤微分器(TDⅡ)復原輸出反饋信號并獲取其微分信號,而后利用非線性組合方式來處理誤差信號、誤差積分信號和誤差微分信號,較好地解決了快速和超調的矛盾,然后針對閉環(huán)控制對時滯系統、非最小相位系統的響應速度慢的缺點,加入了前饋控制,最終產生航跡控制信號。將上述四部分結合便是本文的非線性PID控制器。在船舶轉向階段,設定船舶與轉向點的轉向

4、距離,船舶到達此距離后,再采用航跡控制器轉入下一航跡段。
　　 其次,本文在引出了網絡控制系統概念的基礎上,針對以太網介紹了其隨機延遲特性。然后闡述了本文所設計的基于以太網的船舶控制系統仿真設計原理,介紹了TCP/IP協議,并對網絡通信中采用的客戶/服務器(C/S)通信模型以及通信原理進行了詳細的分析,而且提出了測試平均網絡延遲時間的方法。
　　 最后,針對網絡控制系統中網絡環(huán)境模型的缺乏,在實際的局域網中完成了基于以太