一種船舶電伺服鰭、翼鰭減橫搖智能矢量控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種船舶電伺服鰭、翼鰭減橫搖智能矢量控制方法，橫搖檢測(cè)裝置檢測(cè)橫搖角，并通過狀態(tài)估計(jì)器估計(jì)系統(tǒng)的橫搖角及橫搖角速度，與給定值作差送入反饋線性化控制器；采用基于模糊樹的自適應(yīng)控制器修正反饋線性化控制器的輸出，得到所需的橫搖扶正力矩；修正后的輸出信號(hào)即減橫搖控制器的輸出信號(hào)送入鰭角、翼鰭角智能優(yōu)化器，前述的減橫搖控制器由反饋線性化控制器、基于模糊樹的自適應(yīng)控制器和誤差觀測(cè)器組成；鰭角、翼鰭角智能優(yōu)化器進(jìn)行角度分配，給出實(shí)時(shí)的鰭角、翼鰭角指令送入鰭、翼鰭電伺服系統(tǒng)；鰭、翼鰭電伺服系統(tǒng)基于矢量控制，驅(qū)動(dòng)鰭、翼鰭轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生所需的扶正力矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶減橫搖控制。
【專利說明】—種船舶電伺服鱷、翼鰭減橫搖智能矢量控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種船舶電伺服鰭、翼鰭減橫搖智能矢量控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶在航行時(shí)容易受到海浪、海風(fēng)等環(huán)境因素的影響，從而產(chǎn)生劇烈的橫搖運(yùn)動(dòng)。船舶的橫搖直接影響到船舶的適航性，產(chǎn)生諸多不利影響，更有甚者能夠危及船舶的航行安全。最為有效的主動(dòng)減橫搖裝置是減搖鰭，早期的減搖鰭多采用整體鰭，由于展弦比較小，使得鰭角受到升力失速和空泡的限制，而且對(duì)于采用兩對(duì)鰭的船舶，后鰭受前鰭引起的下洗流影響，使后鰭升力下降，兩鰭間的干擾直接影響了減橫搖效果。
[0003]目前，船舶減搖鰭的控制一般采用電-液伺服控制，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)繁瑣，制造成本大，重量體積大，而且控制維護(hù)過程復(fù)雜；而采用電伺服系統(tǒng)控制卻能很好的解決這些缺點(diǎn)，并且具有很高的精度和可靠性、可維護(hù)性等特點(diǎn)，考慮到船舶劇烈橫搖時(shí)鰭/翼鰭伺服系統(tǒng)需要進(jìn)行平滑的調(diào)速，以滿足鰭/翼鰭升力變化的需要。另外，由于電伺服系統(tǒng)力矩一般都不大，必須利用減速器減小伺服系統(tǒng)速度達(dá)到增加力矩的目的。因此，對(duì)電伺服驅(qū)動(dòng)的鰭/翼鰭進(jìn)行矢量控制研究十分必要。
[0004]現(xiàn)有的對(duì)船舶鰭/翼鰭的研究多為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及與舵/翼舵的聯(lián)合控制方法方面，并未給出電伺服驅(qū)動(dòng)鰭/翼鰭的矢量控制方法，而且減橫搖智能控制算法有待改進(jìn)。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710071664.7，名稱為“船舶翼鰭、翼舵綜合協(xié)調(diào)控制裝置”的專利申請(qǐng)文件中公開一種翼鰭/翼舵綜合協(xié)調(diào)控制裝置；專利申請(qǐng)?zhí)枮?00910071807.3，名為“船舶舵/翼舵一鰭/翼鰭聯(lián)合控制方法”的專利申請(qǐng)文件中公開了一種聯(lián)合控制方法，但都未給出電驅(qū)動(dòng)鰭/翼鰭的矢量控制方法，而且減橫搖算法應(yīng)用也存在一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種船舶電伺服鰭、翼鰭減橫搖智能矢量控制方法，實(shí)現(xiàn)有效改善船舶橫搖減搖效果的智能控制。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案:
[0007]一種船舶電伺服鰭、翼鰭減橫搖智能矢量控制方法，其特征在于:
[0008]步驟1:橫搖檢測(cè)裝置檢測(cè)橫搖角，并通過狀態(tài)估計(jì)器估計(jì)系統(tǒng)的橫搖角及橫搖角速度，與給定值作差送入反饋線性化控制器；
[0009]步驟2:采用基于模糊樹的自適應(yīng)控制器修正反饋線性化控制器的輸出，得到所需的橫搖扶正力矩；修正后的輸出信號(hào)即減橫搖控制器的輸出信號(hào)u送入鰭角、翼鰭角智能優(yōu)化器，前述的減橫搖控制器由反饋線性化控制器、基于模糊樹的自適應(yīng)控制器和誤差觀測(cè)器組成；
[0010]步驟3:鰭角、翼鰭角智能優(yōu)化器進(jìn)行角度分配，給出實(shí)時(shí)的鰭角、翼鰭角指令送入鰭、翼鰭電伺服系統(tǒng)；
[0011]步驟4:鰭、翼鰭電伺服系統(tǒng)基于矢量控制，驅(qū)動(dòng)鰭、翼鰭轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生所需的扶正力矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶減橫搖控制。
[0012]步驟2中，采用基于模糊樹的自適應(yīng)控制器修正反饋線性化控制器的輸出，通過如下方法實(shí)現(xiàn)，
[0013]步驟2.1:建立船舶橫向運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并給出其非線性系統(tǒng)狀態(tài)空間表示；
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種船舶電伺服鰭、翼鰭減橫搖智能矢量控制方法，其特征在于: 步驟1:橫搖檢測(cè)裝置檢測(cè)橫搖角，并通過狀態(tài)估計(jì)器估計(jì)系統(tǒng)的橫搖角及橫搖角速度，與給定值作差送入反饋線性化控制器； 步驟2:采用基于模糊樹的自適應(yīng)控制器修正反饋線性化控制器的輸出，得到所需的橫搖扶正力矩；修正后的輸出信號(hào)即減橫搖控制器的輸出信號(hào)u送入鰭角、翼鰭角智能優(yōu)化器，前述的減橫搖控制器由反饋線性化控制器、基于模糊樹的自適應(yīng)控制器和誤差觀測(cè)器組成； 步驟3:鰭角、翼鰭角智能優(yōu)化器進(jìn)行角度分配，給出實(shí)時(shí)的鰭角、翼鰭角指令送入鰭、翼鰭電伺服系統(tǒng)； 步驟4:鰭、翼鰭電伺服系統(tǒng)基于矢量控制，驅(qū)動(dòng)鰭、翼鰭轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生所需的扶正力矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶減橫搖控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電伺服鰭、翼鰭減橫搖智能矢量控制方法，其特征在于:步驟2中，采用基于模糊樹的自適應(yīng)控制器修正反饋線性化控制器的輸出，通過如下方法實(shí)現(xiàn)， 步驟2.1:建立船舶橫向運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并給出其非線性系統(tǒng)狀態(tài)空間表示；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶電伺服鰭、翼鰭減橫搖智能矢量控制方法，其特征在于:步驟4中，鰭、翼鰭電伺服系統(tǒng)采用永磁同步電機(jī)，鰭、翼鰭電伺服系統(tǒng)的控制部分包括位置控制器、速度控制器和電流控制器，鰭、翼鰭電伺服系統(tǒng)通過如下方法實(shí)現(xiàn)矢量控制， 建立dq坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型，經(jīng)Clarke變換和Park變換，將永磁同步電機(jī)的定子三相電流轉(zhuǎn)換成兩個(gè)不存在耦合關(guān)系的直流量id和iq，使id保持為零、iq實(shí)時(shí)跟蹤速度控制器的控制量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的船舶電伺服鰭、翼鰭減橫搖智能矢量控制方法，其特征在于:步驟4中，采用鰭、翼鰭伺服系統(tǒng)位置傳感器測(cè)量得到的位置信號(hào)確定電流的方向，對(duì)鰭、翼鰭伺服系統(tǒng)功率開關(guān)死區(qū)效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)0〈Ψ〈3?時(shí)，ia>0，A相補(bǔ)償正向電壓；反之補(bǔ)償反向電壓； 當(dāng)2π/3〈Ψ〈5π/3時(shí)，ib>0，B相補(bǔ)償正向電壓；反之補(bǔ)償反向電壓； 當(dāng)-2 π/3〈 Ψ〈 π/3時(shí)，相補(bǔ)償正向電壓；反之補(bǔ)償反向電壓； 式中，Ψ為永磁同步電機(jī)磁極的位置角度； 補(bǔ)償電壓的幅值采用如下公式進(jìn)行計(jì)算:






5.根據(jù)權(quán)利要求2至4任何一項(xiàng)所述的船舶電伺服鰭、翼鰭減橫搖智能矢量控制方法，其特征在于:步驟2.3中，通過如下方法建立基于模糊樹的自適應(yīng)控制器， 步驟2.3.1:給出L個(gè)終節(jié)點(diǎn)的模糊樹模型的輸入輸出關(guān)系，根據(jù)橫搖運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)狀態(tài)空間形式，采用模糊樹模型) = -->,,⑴，#,u-|0,2) = 0/A2(x)逼近步驟2.1中的非線性函數(shù)fi(x)和gi(X); 步驟2.3.2:根據(jù)船舶橫搖系統(tǒng)要求及誤差方程，選擇參數(shù)k1、Mn、Mi2及F ;選擇一個(gè)正定陣Qi，求解Lyapunov方程A +PiAci = -β得到矩陣Pi ； 步驟2.3.3:根據(jù)獲得的樣本數(shù)據(jù)，利用模糊樹模型離線辨識(shí)橫搖控制系統(tǒng)中的非線性函數(shù)A (x)和gi (x)，建立初始基本控制器及監(jiān)督控制器； 步驟2.3.4:確定參數(shù)Mn、Mi2、Yil及Yi2 ;根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)情況假設(shè)Mil≥I I Θ ^ (O) I |2及Mi2≥I I Θ i2(0) I |2，利用自適應(yīng)調(diào)節(jié)律在線調(diào)節(jié)模糊樹模型的參數(shù)； 其中，h使4,得全部特征值都有負(fù)實(shí)部，Y n>0, y i2>0為學(xué)習(xí)率，Mn、Mi2為模糊樹模型尋優(yōu)空間的界，F(xiàn)為設(shè)計(jì)參數(shù)，規(guī)定了實(shí)際控制系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的界。
【文檔編號(hào)】B63B39/06GK103895832SQ201410098422
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】宋穎慧, 劉勝, 李冰, 張?zhí)m勇, 王宇超 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)