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船用舵机电液伺服单元单神经元PID控制

作　者: 林烜
导　师: 季天晶
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 自动舵电液控制单元神经元PID控制器系统仿真
分类号: U666.152
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 155次
引　用: 1次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-17
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8
  1.2 舵机及其电液伺服系统概况  8-10
    1.2.1 自动舵的发展历史  8-10
    1.2.2 电液伺服系统在舵机上的应用  10
  1.3 控制理论的发展概述  10-16
    1.3.1 控制理论的发展  10-11
    1.3.2 控制理论在电液伺服控制的应用概况  11-13
    1.3.3 神经网络研究概述  13-16
  1.4 论文的主要工作  16-17
第2章电液伺服单元工作原理及数学模型  17-28
  2.1 舵机电液伺服控制单元结构与工作原理  17-19
  2.2 数学模型的建立  19-26
    2.2.1 力矩马达环节建模  19-20
    2.2.2 伺服阀环节建模  20-22
    2.2.3 液压动力机构建模  22-24
    2.2.4 电液伺服控制单元系统模型  24-26
  2.3 系统模型参数的选取  26
  2.4 系统模型的稳定性分析  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章电液伺服单元仿真及测试实验  28-44
  3.1 系统的仿真分析  28-31
  3.2 电液控制单元实验台构成及其原理  31-34
  3.3 实验结果及分析  34-41
    3.3.1 稳态实验  34-37
    3.3.2 动态实验  37-41
    3.3.3 实验分析  41
  3.4 系统的稳态误差分析  41-43
  3.5 本章小结  43-44
第4章电液伺服控制单元控制策略的研究  44-61
  4.1 PID控制器  44-47
    4.1.1 标准PID控制原理  44-46
    4.1.2 数字PID的增量型算式  46
    4.1.3 PID控制器的参数整定  46-47
  4.2 神经元理论  47-50
    4.2.1 神经元模型  48-49
    4.2.2 神经元学习规则  49-50
  4.3 单神经元自适应PID控制器的设计  50-54
    4.3.1 单神经元自适应PID控制原理  50-51
    4.3.2 采用有监督Hebb学习规则的神经元PID控制器  51-53
    4.3.3 改进的神经元自适应PID控制器  53
    4.3.4 单神经元自适应PID控制的学习过程  53-54
  4.4 单神经元自适应PID控制仿真  54-60
  4.5 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-66
攻读学位期间发表的学术论文  66-68
致谢  68

船用舵机电液伺服单元单神经元PID控制

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