船舶在海上航行,航向控制是船舶控制领域中的一个重要课题。传统的航向控制普遍采用常规的PID控制器,以确定的船舶数学模型为基础,但它不能根据船舶的动态特性自动调节参数,经常偏离最佳工作状态;船舶航行中,船速、装载状态等都是变化的,同时还受风、浪、流等外界干扰的作用,模型中的参数是变化的。虽然一般可估计出这些参数的大小,但基于模型的控制方法在应用中遇到了很大的挑战,鲁棒性即是一大问题。PID控制的设计思想是依靠过程误差来消除误差,并不完全依靠系统的数学模型。但常规PID控制不能在线整定参数,对于非线性、时变的船舶航向控制系统不能很好地控制,达不到预期的控制效果。因此,在常规PID控制的基础上,本文重点对非线性PID控制器加以研究,以满足船舶航向控制的需要。 本文在第1章主要介绍了船舶电力推进的发展与特点,重点介绍了吊舱式船舶电力推进器。第2章主要介绍了船舶航向控制的理论基础。第3、4章主要对传统PID控制器和非线性PID控制器的结构及理论作了分析。第5章重点介绍了双吊舱式船舶电力推进航向PID控制器的设计。第6章利用Matlab Simulink工具箱,以烟大轮渡首次制造的渡船“中铁渤海1号”为例进行系统仿真。仿真结果表明,非线性PID控制器的控制律不仅具有较高的鲁棒性,而且与传统PID控制器的控制律相比,闭环系统的性能也有所改善,超调幅度小,跟踪效果好。它将是一个十分实用,并有广泛应用前景的控制算法。