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船用舵机电液伺服单元单神经元PID控制

林烜  
【摘要】:船舶自动操舵仪又称自动舵,是船舶运动控制问题中具有特殊重要性的一个系统,用来保持船舶在给定航向或航迹上航行,是船舶操纵的关键设备。随着海洋船舶运输不断向大型化、高度自动化、高速化发展,对自动舵机的要求也就越来越高,所以一般都采用电液位置伺服控制系统。电液伺服舵机由于具有功率密度比大、响应快、灵敏度高等优点,从而得到了广泛应用。电液伺服控制单元是整个舵机的核心部件,其性能的优劣,直接关系到舵机电液位置伺服系统的各项性能。船舶在海上航行,不可避免的要受到风、浪、流的袭击,由于船舶运动的复杂性和外界干扰的不确定性,这就要求电液控制单元不仅要响应快,精度高,还必须具有较强的自适应性和鲁棒性。 本文研究了舵机电液伺服控制单元的结构与工作原理,并通过分析电液伺服控制单元各个组成环节的工作原理,建立了系统的数学模型。在对系统的稳定性进行了判定后,又对电液控制单元进行了仿真分析和实验研究,验证了系统数学模型的正确性。同时对影响系统快速性、跟踪性、误差等动态性能指标的主要因素进行了讨论。 为了改善系统的动态性能,设计了基于神经网络的单神经元自适应PID控制器对系统加以控制,通过输入不同信号对系统进行了仿真。其结果表明,本论文所设计的智能控制器结构简单,易于实现,除能有效地提高系统的快速性和控制精度外,还具有较强的自学习和自适应能力,对外界环境有较强的鲁棒性,具有较好的应用价值。


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