鲁棒PID控制器设计：‘育鲲’轮航向仿真与性能优化

本文主要探讨了在复杂海洋环境中，“育鲲”轮鲁棒性航向PID控制器的设计与仿真过程。作者刘勇、裴景涛和秦桂晓来自大连海事大学航海学院，针对船舶航行中航向控制面临的不确定性风浪干扰问题，他们借鉴了文献[1]中PID控制器设计的方法，并考虑了船舶惯性大、非线性模型以及参数不确定性等因素。 PID（比例-积分-微分）控制器是传统的控制策略，因其结构简单、适应性强，在船舶航向控制中广泛应用。然而，面对风浪干扰等外部扰动，设计一个具有鲁棒性的PID控制器显得尤为重要。本文的目标是通过调整PID控制器的参数，使其能够确保船舶在各种条件下的稳定性和性能指标。 首先，作者基于船舶航向控制问题的一般数学描述，构建了一个包含非线性项和扰动的系统模型。这个模型考虑了舵角指令与实际舵角之间的关系，以及舵机时间常数的影响。他们参考文献[3]中的鲁棒PID参数确定策略，对“育鲲”轮的模型G(s) = 0.31/[s(62.38s+1)]进行了控制器的设计。 使用MATLAB/Simulink这一强大的仿真工具，作者进行了计算机仿真。这种环境允许他们直观地调整PID控制器的参数，如比例增益、积分时间和微分增益，以优化控制性能。在仿真过程中，他们不断试验不同参数组合，以找到最佳的PID控制器设置，使得系统的输出响应时间、稳定性以及跟踪误差满足预设的控制系统要求。 文章的核心贡献在于验证了所设计的鲁棒性航向PID控制器能够在实际操作中有效抵抗风浪干扰，从而保证了“育鲲”轮的航向控制性能。这不仅提升了船舶在海上环境中的导航精度，也展示了PID控制器在船舶工程中的实用价值和改进潜力。 关键词：“育鲲”轮、PID控制、航向控制、鲁棒性、MATLAB/Simulink仿真。这篇文章提供了深入理解船舶航向PID控制器设计原理和技术应用的一个实例，对于从事船舶自动化控制领域的研究人员和工程师具有重要的参考价值。