船舶自动舵控制技术的发展

陈雪丽!，程启明"!

（!#南京师范大学电气与电子工程学院，江苏南京"!$$%"；

"#盐城工学院计算机系，江苏盐城""%$$&）

摘要：介绍与比较了船舶操纵的各种自动舵控制方法，船舶自动舵可分为%个发展阶段，即机械舵、’()舵、自适应舵和智能舵，其中智能舵为目前最先进的自动舵，它又分为专家系统、模糊舵和神经网络舵。

关键词：船舶操纵；自动舵；’()控制；自适应控制；智能控制

中图分类号：*’"+&；,--文献标识码：.文章编号：!$$+/+0&+（"$$!）$%/$!$!/$0

船舶操纵的自动舵［!1"］是船舶系统中一个不可缺少的重要设备。"$世纪"$年代，美国的23456 57和德国的.89:;<=在陀螺罗径研制工作取得实质性进展后分别独立研制出机械式自动舵，它的出现是一个里程碑，它使人们看到了在船舶操纵方面摆脱体力劳动实现自动控制的希望，这种自动舵称为第一代。

"$世纪0$年代，随着电子学和伺服机构理论的发展及应用，集控制技术和电子器件的发展成果于一体的更加复杂的第二代自动舵问世了，这就是著名的’()舵。

到了-$年代末，由于自适应理论和计算机技术得到了发展，人们注意到将自适应理论引入船舶操纵成为可能，瑞典等北欧国家的一大批科技人员纷纷将自适应舵从实验室装到实船上，继而正式形成了第三代自动舵。

从>$年代开始，人们就开始寻找类似于人工操舵的方法，这种自动舵就是第四代的智能舵。智能舵的控制方法有&种，即专家系统、模糊控制和神经网络控制。

随着全球定位系统等先进导航设备在船舶上装备，人们开始设计精确的航迹控制自动舵，这种自动舵能把船舶控制在给定的计划航线上。!船舶自动舵的控制方法

!#!’()控制

直到+$年代早期，自动舵还是一个简单的控制设备，航向偏差提供操舵设备的修正信号，此时控制方程为：

!?!""（!）式中!、""分别为舵角信号和航向偏差信号；!为比例常数，它应被整定以适应载重和环境要求，为避免振荡，!应取较低值。

对于稳定低速航行的船舶，（!）式控制效果基本上是令人满意的，但对不稳定的船舶，（!）式是不合适的。一个更为先进的控制系统应包含航向误差导数项，它的形式为：

!?!!""@!"#""（"）当存在由横向风引起的下风或上风力矩干扰时，为使航向保持不变，应加入航向偏差的积分项，此时方程式变为：

!?!!""@!"#""@!&!""A$（&）这种形式结构就是经典的’()控制器结构。

根据BC5D的理论，积分项的加入可能会降低舵的响应速度，这会使船舶反应迟钝，为抵消这种影响，可再加入一个加速项，这样控制方程又成为：!?!!""@!"#""@!&!""A$@!%%""（%）

!收稿日期："$$!/$"/!0

基金项目：江苏省跨世纪学科带头人科研基金（苏科教技［!EE>］0$号）；

江苏省计算机信息处理技术重点实验室开放课题基金资助（苏大科［"$$$］$+号）作者简介：陈雪丽（!E-$/），女，江苏徐州人，副教授，主要从事计算机应用研究。

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