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基于ADRC算法的高速双体船推进系统控制技术研究

摘要

柴油机调速系统的稳定性和精准性是提高双体船推进系统的效率关键因素之一。优

化调速精度和抗干扰能力有助于航行的稳定性，减少噪音和振动。针对双体船推进系统

在传统控制方法下对于复杂扰动条件转速响应时间慢、抗扰动性能差以及双体船的两侧

ADRC

柴油机同步控制精度差的问题。本论文进行了基于自抗扰控制器（）的高速双体

船推进系统控制技术研究，具体内容如下：

首先，在分析了柴油机容积法模型、平均值模型、非线性模型、系统辨识模型、线

性化模型等建模方法利弊的基础上，根据装备在某双体船喷水推进的柴油机调速系统，

采用描绘控制算法和系统的反馈响应的线性模型进行建模，并结合该型号船舶上的

MTU16V4000柴油机参数建立起具体的参数化线性模型，为后续验证设计的控制器提供

基础。

其次，分析了传统PID控制存在的缺点，根据经典自抗扰控制以及模糊PID的基本

PID

原理，设计出模糊、自抗扰控制器两种控制器，在使用自抗扰控制器对模型进行控

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制时，对控制器中三个模块的个参数进行了整定，得出了一组最优参数；在控制方

面模糊PID、自抗扰控制器两种控制方法实现了对柴油机转速模型良好的控制，验证了

对该柴油机模型控制的可行性。

再次，分析出自抗扰控制器对目标转速响应慢、目标值附近会出现循环振荡现象的

原因，并根据这些原因对自抗扰控制器做出改进提出一种快速跟踪自抗扰控制器，具体

1PID

设计原理是：（）设计控制选择器，实现在系统调速过程将与自抗扰控制器进行无

误差切换，利用PID响应的快速性，来加快对目标转速的响应时间，在保留了自抗扰控

制器的强抗扰能力基础上，解决了其跟踪缓慢、跟踪时间长的问题；（2）利用非线性变

底数logfal()函数改进了自抗扰控制器中的扩张状态观测器以及非线性状态误差反

馈控制率中的fal()函数，解决了自抗扰控制器在目标值附近循环振荡的问题。最后将

改进后的控制器与传统PID、模糊PID、自抗扰控制器在性能上进行了比较，得出结论

在快速性方面改进后的RT-ADRC控制器相较于ADRC的上升时间提升15.8%、稳态时

间提升13.2%，其在阻尼特性、在稳定性等性能方面同样表现突出。

最后，对于双体船上两侧柴油机的同步控制的问题，采用并行同步控制、主从同步

控制及交叉耦合同步控制这三种策略进行分析比较。得出结论，结合了快速跟踪自抗扰

控制器的交叉耦合同步控制策略在减小同步误差方面有明显优势。

关键词：双体船推进控制；ADRC控制；柴油机线性模型；模糊PID控制；同步控制

基于ADRC算法的高速双体船推进系统控制技术研究

Abstract

Thestabilityandprecisionofthedieselenginespeedcontrolsystemarecrucialfactorsin

improvingtheefficiencyofthetwin-hullshippropulsionsystem.Optimizingspeedaccuracy

andanti-interferencecapabilitycontributestothestabilityofnavigation,reducesnoiseand

vibration,whilealsoenhancingfuelefficiencyandreducingemissions.Addressingissues

suchasslowspeedresponsetimeundertraditionalcontrol