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船舶減搖鰭與翼鰭矢量控制方法與流程

文檔序號:12632493閱讀:來源:國知局

技術特征:

1.一種船舶減搖鰭與翼鰭矢量控制方法,其特征是:

第一步:橫搖傳感器測得船舶當前時刻的橫搖信息,送入船舶減搖智能調節(jié)器;

第二步:針對當前橫搖信息,進行船舶減搖魯棒控制算法解算,得出減搖所需的橫搖扶正控制力矩;

第三步:針對所需橫搖扶正力矩,進行鰭角與翼鰭角智能決策算法解算,得到所需的鰭角與翼鰭角指令信號;

第四步:將鰭角與翼鰭角的指令信號經異步串行通信接口傳到鰭與翼鰭伺服系統(tǒng),對鰭及翼鰭進行驅動控制,提供所需的減搖扶正力矩,減小船舶橫搖。

2.根據權利要求1所述的船舶減搖鰭與翼鰭矢量控制方法,其特征是第二步所述的船舶減搖魯棒控制算法具體包括:

船舶橫搖運動模型即Conolly模型為:

式中:Ix-----船舶對x軸的轉動慣量,ΔIx-----船舶對x軸的附加轉動慣量,-----橫搖角,2Np-----每單位橫搖角速度的船舶阻尼力矩,W-----船舶排水量,h-----橫穩(wěn)心高,Kfff)-----鰭/翼鰭產生的橫搖力矩,Kd-----船舶受到的橫搖干擾力矩;

考慮模型中的參數不確定性,有:

將船舶橫搖運動寫成如下狀態(tài)方程的形式:

<mrow> <mo>(</mo> <msub> <mover> <mi>A</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>&Delta;A</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo> <mover> <mi>x</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mo>=</mo> <mo>(</mo> <mover> <mi>B</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mo>+</mo> <mi>&Delta;</mi> <mi>B</mi> <mo>)</mo> <mi>x</mi> <mo>+</mo> <mi>C</mi> <mi>u</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>Cw</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow>

其中,x=[x1 x2]T,u=Kfff),w1=Kd,

C=[0 1]T;

將上述船舶橫搖運動狀態(tài)方程化為標準形式:

<mrow> <mover> <mi>x</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>A</mi> <mo>+</mo> <mi>&Delta;</mi> <mi>A</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>x</mi> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>B</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>&Delta;B</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>u</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>B</mi> <mn>2</mn> </msub> <mi>w</mi> <mo>;</mo> </mrow>

其中:

ΔB1=02×1

[ΔA ΔB1]=HF[E1 E2]

E1=I2×2,E2=02×1

F是不確定對角陣,滿足FTF≤I,

將上述標準形式展開得船舶減搖控制系統(tǒng)狀態(tài)空間實現為:

<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mover> <mi>x</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>A</mi> <mo>+</mo> <mi>&Delta;</mi> <mi>A</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>x</mi> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>B</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>&Delta;B</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>u</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>B</mi> <mn>2</mn> </msub> <mi>w</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>z</mi> <mi>&infin;</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </msub> <mi>x</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>D</mi> <mn>12</mn> </msub> <mi>u</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>z</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>C</mi> <mn>2</mn> </msub> <mi>x</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>D</mi> <mn>22</mn> </msub> <mi>u</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>y</mi> <mo>=</mo> <mi>C</mi> <mi>x</mi> <mo>+</mo> <mi>D</mi> <mi>u</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>.</mo> </mrow>

3.根據權利要求1或2所述的船舶減搖鰭與翼鰭矢量控制方法,其特征是第三步中所述鰭角與翼鰭角智能決策算法具體包括:

首先,分析鰭伺服系統(tǒng)和翼鰭伺服系統(tǒng)所需克服的負載力矩,由負載力矩對鰭角、翼鰭角積分,建立鰭與翼鰭驅動能量方程;

然后,采用基于不可行度的改進遺傳算法優(yōu)化鰭角與翼鰭角,得到一組對應系統(tǒng)能耗最小的鰭角與翼鰭角組合。

4.根據權利要求1或2所述的船舶減搖鰭與翼鰭矢量控制方法,其特征是所述船舶減搖智能調節(jié)器采用3片DSP的TMS320C6713芯片作為系統(tǒng)控制器芯片,一片作為減搖魯棒調節(jié)器,實現減搖魯棒調節(jié)算法解算;另兩片DSP作為智能矢量決策器載體,實現鰭角與翼鰭角智能決策算法,以能量驅動方程作為適應度函數,計算各子種群中個體適應度值,實現遺傳算法的計算過程。

5.根據權利要求3所述的船舶減搖鰭與翼鰭矢量控制方法,其特征是所述船舶減搖智能調節(jié)器采用3片DSP的TMS320C6713芯片作為系統(tǒng)控制器芯片,一片作為減搖魯棒調節(jié)器,實現減搖魯棒調節(jié)算法解算;另兩片DSP作為智能矢量決策器載體,實現鰭角與翼鰭角智能決策算法,以能量驅動方程作為適應度函數,計算各子種群中個體適應度值,實現遺傳算法的計算過程。

6.根據權利要求1或2所述的船舶減搖鰭與翼鰭矢量控制方法,其特征是所述鰭與翼鰭伺服系統(tǒng)中、鰭伺服系統(tǒng)的結構與翼鰭的伺服系統(tǒng)結構相同,所述鰭伺服系統(tǒng)采用伺服電機同軸連接減速器和傳動裝置的電驅動伺服控制,由高速小轉矩向低速大轉矩的轉變,帶動鰭按照給定指令旋轉,采用DSP芯片TMS320F28335作為系統(tǒng)控制器,實現數據轉換和串口通信,采用伺服電機驅動器作為系統(tǒng)的驅動裝置,采用絕對式編碼器對鰭位置進行檢測,編碼器安裝在鰭軸處,減搖鰭伺服系統(tǒng)的控制器DSP實現位置環(huán)調節(jié),通過內環(huán)的速度環(huán)和電流環(huán)調節(jié),實現對減搖鰭的位置伺服控制。

7.根據權利要求3所述的船舶減搖鰭與翼鰭矢量控制方法,其特征是所述鰭與翼鰭伺服系統(tǒng)中、鰭伺服系統(tǒng)的結構與翼鰭的伺服系統(tǒng)結構相同,所述鰭伺服系統(tǒng)采用伺服電機同軸連接減速器和傳動裝置的電驅動伺服控制,由高速小轉矩向低速大轉矩的轉變,帶動鰭按照給定指令旋轉,采用DSP芯片TMS320F28335作為系統(tǒng)控制器,實現數據轉換和串口通信,采用伺服電機驅動器作為系統(tǒng)的驅動裝置,采用絕對式編碼器對鰭位置進行檢測,編碼器安裝在鰭軸處,減搖鰭伺服系統(tǒng)的控制器DSP實現位置環(huán)調節(jié),通過內環(huán)的速度環(huán)和電流環(huán)調節(jié),實現對減搖鰭的位置伺服控制。

8.根據權利要求4所述的船舶減搖鰭與翼鰭矢量控制方法,其特征是所述鰭與翼鰭伺服系統(tǒng)中、鰭伺服系統(tǒng)的結構與翼鰭的伺服系統(tǒng)結構相同,所述鰭伺服系統(tǒng)采用伺服電機同軸連接減速器和傳動裝置的電驅動伺服控制,由高速小轉矩向低速大轉矩的轉變,帶動鰭按照給定指令旋轉,采用DSP芯片TMS320F28335作為系統(tǒng)控制器,實現數據轉換和串口通信,采用伺服電機驅動器作為系統(tǒng)的驅動裝置,采用絕對式編碼器對鰭位置進行檢測,編碼器安裝在鰭軸處,減搖鰭伺服系統(tǒng)的控制器DSP實現位置環(huán)調節(jié),通過內環(huán)的速度環(huán)和電流環(huán)調節(jié),實現對減搖鰭的位置伺服控制。

9.根據權利要求5所述的船舶減搖鰭與翼鰭矢量控制方法,其特征是所述鰭與翼鰭伺服系統(tǒng)中、鰭伺服系統(tǒng)的結構與翼鰭的伺服系統(tǒng)結構相同,所述鰭伺服系統(tǒng)采用伺服電機同軸連接減速器和傳動裝置的電驅動伺服控制,由高速小轉矩向低速大轉矩的轉變,帶動鰭按照給定指令旋轉,采用DSP芯片TMS320F28335作為系統(tǒng)控制器,實現數據轉換和串口通信,采用伺服電機驅動器作為系統(tǒng)的驅動裝置,采用絕對式編碼器對鰭位置進行檢測,編碼器安裝在鰭軸處,減搖鰭伺服系統(tǒng)的控制器DSP實現位置環(huán)調節(jié),通過內環(huán)的速度環(huán)和電流環(huán)調節(jié),實現對減搖鰭的位置伺服控制。

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