欠驱动水面模型船航向保持控制仿真平台

, , ,4,

(1.武汉理工大学 ITS智能交通系统研究中心， 武汉 430063； 2.武汉理工大学 能源与动力工程学院， 武汉 430063； 3.国家水运安全工程技术研究中心， 武汉 430063； 4.武汉理工大学 物流工程学院， 武汉 430063)

欠驱动水面模型船航向保持控制仿真平台

柳晨光1,2,3,初秀民1,3,欧阳雪1,3,4,谢朔1,2,3

(1.武汉理工大学ITS智能交通系统研究中心，武汉430063； 2.武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063； 3.国家水运安全工程技术研究中心，武汉430063； 4.武汉理工大学物流工程学院，武汉430063)

考虑到计算机仿真、半实物仿真及实船研究的不足，提出基于欠驱动水面模型船的航向保持控制仿真平台。该平台由模型船、航向与航速感知系统、航向保持控制器及远程控制与监测系统等4部分组成。介绍航向控制仿真平台各部分的组成和相互关系，研究模型船航向与航速感知系统的实现方法，分析航向保持控制器的工作原理，提出Nomoto响应模型的参数辨识方法及基于PID的航向保持控制和航速保持方法。在实验室环境下对仿真平台进行测试，并分析模型参数辨识和航向保持结果，试验结果表明平台能满足航向保持控制研究需求。

船舶工程;航向保持；运动控制；模型船；参数辨识；仿真平台

Abstract: Considering that the computer simulation, hardware-in-the-loop simulation or full scale ship are inconvenient or costly, a course keeping control simulation platform based on an underactuated surface model ship is proposed. This platform is composed of four parts: the model ship, the heading and speed perception system, the course keeping controller, and the remote control and monitoring system. The composition of each part and the relationship between these parts are set forth. The implementation of course and speed perception system is designed; the working principle of course keeping controller is analyzed; and the parameter identification of Nomoto response model and the PID-based course-speed keeping control stratages are put forward. The simulation platform is tested in the laboratory conditions. The test results of parameter identification and course keeping are analyzed, which shows that the platform can meet the requirements of course keeping control research.

Keywords: ship engineering; course keeping; motion control; model ship; parameter identification; simulation platform

为尽快到达目的港和减少燃油消耗，使船舶以一定的速度直线航行是航向保持控制领域研究的主要内容之一。[1-2]由于船舶运动具有大惯性、大时滞和非线性等特性，运动模型参数又与航行工况(包括载重量、航速及船型等)密切相关,目前自动舵还很难实现自适应控制，因此有必要进一步研究船舶航向保持控制问题。……