基于PID算法的船舶航跡自動控制

4 航跡控制系統(tǒng)硬件設計
航跡控制系統(tǒng)的其主要功能有對船體的運行狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集、控制船體運動和與遠程遙控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信,控制系統(tǒng)組成如圖5所示。

主控制系統(tǒng)以DSP2812芯片為處理器,搭建船舶航跡控制主控系統(tǒng)。通過串口方式接收上位機發(fā)送的不同遙控指令信息并進行解碼,實現(xiàn)對柴油機、齒輪箱及舵機的遙控控制,其中包括柴油機的啟車控制、停車控制和轉速控制;舵機控制系統(tǒng)的操舵控制;同時,主控系統(tǒng)還將采集到柴油機及船舶的各種狀態(tài)信息并通過通訊接口實時發(fā)送至遙控計算機上,實現(xiàn)遙控計算機對船體運行狀態(tài)的實時監(jiān)測功能。
遙控計算機通過無線通訊模塊與主控系統(tǒng)進行信息通訊,獲取船體當前運行狀態(tài),其中包括船體的實時位置信息、航速信息、當前檔位信息以及當前舵角信息。當進行航跡自動控制時遙控計算機需要向主控系統(tǒng)發(fā)送計劃航跡點坐標數(shù)據(jù)及啟動航跡自動控制指令信息,主控系統(tǒng)在接收到上述指令后,控制系統(tǒng)開始進行航跡控制計算,利用計算輸出的舵角控制指令及速度控制指令分別對舵機控制系統(tǒng)、柴油機控制系統(tǒng)進行控制,從而實現(xiàn)航跡控制功能。
遙控計算機還可通過舵角控制指令完成遙控轉舵任務,實現(xiàn)遠程遙控控制船體改變航向的功能。當需要改變船舶航速時,可利用遙控計算機的速度控制指令實現(xiàn)對船體的航行速度控制。

5 實驗分析
為驗證本系統(tǒng)可行性,在3級海況下以一艘30噸小型船為控制對象,該船的船長L為25m,船寬B為5m,滿載吃水為1m,航速為7.5m/s進行了基于視線導航策略的船舶航跡PID自動控制實驗。
航跡自動控制實驗曲線如圖6所示,其中虛線為規(guī)劃航跡,實線為實際航跡曲線。從圖6中可以看出,實際航跡與規(guī)劃航跡平均誤差在16m范圍內(nèi),實現(xiàn)了航跡自動保持的控制效果。

6 結束語
本文介紹的航跡跟蹤控制方法與航向PID控制系統(tǒng)相結合形成的船舶航跡自動控制系統(tǒng),在行為功能上模仿了人工操舵的控制特征。航跡自動控制實驗證明本文提出的航跡自動控制算法能夠使船舶按照設定的航跡自動航行,從而證明了本文所提出的航跡自動控制系統(tǒng)的可行性。

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