本发明涉及的是一种船舶减摇控制器，特别涉及的是一种一种综合减摇控制器。
背景技术：
船舶在海上航行受到海风、海浪、海流的干扰会产生横摇、艏揺、垂荡等六个自由度的运动，其中横摇运动最剧烈。严重的横摇运动会使船上的设备不能正常工作，甲板浸水，船员工作生活不适；对于军舰，影响火炮系统瞄准，军人在岗效率降低，舰载机不能安全起落。为了有效地减小船舶横摇，人们发明了各种减摇装置，期中考虑成本及可靠性后较为常用的有减摇鳍、被动式减摇水舱、减摇舵、舭龙骨。在设计时，应以达到预期减摇效果的并且不会太多影响船舶横摇运动特性为前提，同时在设计减摇装置时主要考虑某一范围内的海情，而不按很少遇到的恶劣海情设计，这主要是考虑成本以及船舶的运动性能。舭龙骨由于结构简单、较经济并且有较好的减摇效果而被大量采用。减摇鳍外形像机翼，根据流体力学可知，快速流动的海水会在鳍上产生升力力，产生力矩来抵抗海浪对船舶的干扰。减摇鳍的减摇效果正相关于船舶航速，航速越大减摇效果越明显，最高减摇比可达9成，但在低航速或零航速时减摇不明显，这也是减摇鳍的不足之处。被动式减摇水舱根据谐振原理设计，船舶运动时，舱内液体流动会产生力矩抵消海浪的干扰。设计良好的被动式减摇水舱能在各种航速下减摇，特别是低航速和零航速下能有一定的减摇效果，可以弥补减摇鳍的不足之处，但被动式减摇水舱也有自己的局限性，在一些情况下不但不能减摇而且会加剧横摇。
综合减摇系统兼备减摇鳍和被动式减摇水舱的优点同时又能相互弥补不足，经过良好的控制可以使船舶在各种航速和海情下都有令人满意的减摇效果。船舶同时安装减摇鳍和被动式减摇水舱之后，二者同时工作，减摇能力不是两者的简单相加。减摇鳍有可收放和不可收放两种，可收放式结构较复杂，成本高，并没有大量应用。而考虑到航行时减摇鳍不被撞击，减摇鳍的尺寸就有一定的限制。设计良好的被动式减摇水舱只依靠自身的固有频率工作，不用外加额外的控制，不消耗电能。减摇鳍是一种主动减摇设备，有专门的控制电路和设备，转动的减摇鳍能产生与不断变化的海浪干扰力矩相适应的对抗力矩，工作要消耗电能。减摇鳍的减摇能力正比于鳍的表面积。船舶在海上长时间航行，原料补给较困难，因此节能减耗是必须要考虑的，可以通过设计一个变参数控制器，来达到既有较好的减摇能力又有耗能小优点的目标。
技术实现要素：
本发明的目的是提供是一种应用与船舶减摇，可以能耗低又能够达到较好减摇能力的一种综合减摇控制器。
本发明的目的是这样实现的：
一种综合减摇控制器，包括船舶-水舱；其特征是：所述船舶-水舱包括角速度传感器，控制器，航速调节装置，浪级调节装置，鳍-随动系统；所述角速度传感器，控制器，航速调节装置，浪级调节装置，鳍-随动系统之间依次连接。
首先，分析船舶-减摇鳍系统数学模型和船舶-被动式减摇水舱系统数学模型建立减摇鳍-被动式减摇水舱综合减摇系统数学模型；其次，分析减摇鳍和被动式减摇水舱的相互影响；再者，建立二次性能指标，采用遗传算法对参数寻优，设计基于能量最优的变参数pid控制器；最后，对具体实验船控制仿真并与传统pid控制对比。
摇鳍-被动式减摇水舱综合减摇系统数学模型：
其中，
水舱的工作原理可知，其减摇能力由船舶横摇频率和横摇角决定；根据被动式减摇水舱微分方程可知，两侧舱内液体的高度变化由船舶的横摇角度决定，横摇角度越大变化幅度越大；已知减摇鳍在主动工作时，会通过转动一定的角度产生力矩来抵抗海浪扰动力矩干扰，这样就会降低船舶的横摇，会对水舱内液体的水位和船舶的横摇频率产生影响，而减摇水舱各项参数设定后其横摇频率是一个定值，船和水舱二者横摇频率之间的差值变大，就会降低被动水舱的减摇效果；已知鳍的减摇效果与船舶航速正相关，当航速越来越高时，鳍的减摇效果也越来越好，但是被动水舱的减摇效果却因航速变大而减小，因此综合减摇系统的减摇效果并不是鳍和水舱的简单相加；当船舶不装备减摇装置时船舶横摇固有频率为
系统的性能指标：
本发明的优点包括：
（1）本发明设计的控制器的控制参数会随着航速以及海况的变化而改变，保证船舶在各种情况下都能有效减摇并且能量优化。
（2）在本发明的控制设计中考虑了残余横摇角方差、鳍角饱和率和鳍消耗能量，形成一个性能指标，使得控制的效果最佳的时候效率最高。
附图说明
图1为综合减摇系统结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细的描述：
实施例1
结合图1，综合减摇系统各环节定义：
船舶与海浪的遭遇波倾角：
船舶横摇角：
减摇鳍鳍角：
由减摇鳍鳍角转换成的等效波倾角：
由减摇鳍鳍角转换成波倾角的转换系数：
船-舱系统传函：
陀螺传函：
前置运放传函：
pid传函：
鳍随动系统传函：
由船舶-被动式减摇水舱的微分方程(2-31)可得系统传函：
（1）船舶-水舱系统具体传函：
（2）角速度陀螺运动方程：
其中：
c是框架的刚度系数；
d是阻尼系数；
已知
本次选用的角速度陀螺参数为：
陀螺传函：
(4)pid控制器传函：
已知控制系统采用对抗控制原理，那么控制器满足：
减摇鳍工作时，pid控制器积分环节长时间积分，存在积分漂移问题，一般可以用惯性环节代替:
微分环节极易受到高频信号干扰，可以用间接微分环节代替：
综上可得pid控制器传函：
减摇鳍随动系统近似简化为二阶系统：
实施例2
首先，分析船舶-减摇鳍系统数学模型和船舶-被动式减摇水舱系统数学模型建立减摇鳍-被动式减摇水舱综合减摇系统数学模型。
其次，分析减摇鳍和被动式减摇水舱的相互影响。
再者，建立二次性能指标，采用遗传算法对参数寻优，设计基于能量最优的变参数pid控制器。
最后，对具体实验船控制仿真并与传统pid控制对比。
本发明还包括：
（1）摇鳍-被动式减摇水舱综合减摇系统数学模型：
其中，
（2）水舱的工作原理可知，其减摇能力由船舶横摇频率和横摇角决定。根据被动式减摇水舱微分方程可知，两侧舱内液体的高度变化由船舶的横摇角度决定，横摇角度越大变化幅度越大。已知减摇鳍在主动工作时，会通过转动一定的角度产生力矩来抵抗海浪扰动力矩干扰，这样就会降低船舶的横摇，会对水舱内液体的水位和船舶的横摇频率产生影响，而减摇水舱各项参数设定后其横摇频率是一个定值，船和水舱二者横摇频率之间的差值变大，就会降低被动水舱的减摇效果。已知鳍的减摇效果与船舶航速正相关，当航速越来越高时，鳍的减摇效果也越来越好，但是被动水舱的减摇效果却因航速变大而减小，因此综合减摇系统的减摇效果并不是鳍和水舱的简单相加。当船舶不装备减摇装置时船舶横摇固有频率为
（3）系统的性能指标：