船用舵机电液伺服单元单神经元PID控制

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 舵机及其电液伺服系统概况
• 1.2.1 自动舵的发展历史
• 1.2.2 电液伺服系统在舵机上的应用
• 1.3 控制理论的发展概述
• 1.3.1 控制理论的发展
• 1.3.2 控制理论在电液伺服控制的应用概况
• 1.3.3 神经网络研究概述
• 1.4 论文的主要工作
• 第2章 电液伺服单元工作原理及数学模型
• 2.1 舵机电液伺服控制单元结构与工作原理
• 2.2 数学模型的建立
• 2.2.1 力矩马达环节建模
• 2.2.2 伺服阀环节建模
• 2.2.3 液压动力机构建模
• 2.2.4 电液伺服控制单元系统模型
• 2.3 系统模型参数的选取
• 2.4 系统模型的稳定性分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 电液伺服单元仿真及测试实验
• 3.1 系统的仿真分析
• 3.2 电液控制单元实验台构成及其原理
• 3.3 实验结果及分析
• 3.3.1 稳态实验
• 3.3.2 动态实验
• 3.3.3 实验分析
• 3.4 系统的稳态误差分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 电液伺服控制单元控制策略的研究
• 4.1 PID控制器
• 4.1.1 标准PID控制原理
• 4.1.2 数字PID的增量型算式
• 4.1.3 PID控制器的参数整定
• 4.2 神经元理论
• 4.2.1 神经元模型
• 4.2.2 神经元学习规则
• 4.3 单神经元自适应PID控制器的设计
• 4.3.1 单神经元自适应PID控制原理
• 4.3.2 采用有监督Hebb学习规则的神经元PID控制器
• 4.3.3 改进的神经元自适应PID控制器
• 4.3.4 单神经元自适应PID控制的学习过程
• 4.4 单神经元自适应PID控制仿真
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢