梅 强， 李丽娜， 陈国权，2， 蒋 娇， 马 峰

（1.集美大学 航海学院，福建 厦门 361021；2.大连海事大学 航海学院，辽宁 大连 116026）

模糊自整定PID航向控制算法3个参数Kp、Ki、Kd初始值的合理取值直接影响控制器的性能［1］，控制参数实际的船舶操纵过程应随船舶自身的工作状态（如载荷、吃水深度、航速等）及航行环境（如航线、水深、风浪流等）的不同而有很大的变化［2］。然而前期集成于船舶智能操控（Ship Intelligent Handling and Control，SIHC）仿真研究平台模糊自整定PID航向控制的算法，不能根据船舶操纵性及环境因素自动确定其初始值，而是直接引用DMI船模自带的PID自动舵提供的初始值，使得模糊自整定PID航向控制算法在风浪较大环境中对部分船模的控制效果不理想。

本文着重设计随船模及环境因素自动确定3个参数Kp、Ki、Kd的初始值算法，提高船舶的航向控制效果；同时对航向控制算法性能评判方法进行改进，提高算法评判的合理性。

1 PID航向控制器初始值自动确定算法

在传统的PID型自动舵设计时，采用的船舶航向控制系统模型一般都为标称模型［3］，即

其中，K、T为船舶操纵性指数，K为船舶旋回性指数，T为船舶追随性指数；为船舶转首角加速度；为船舶转首角速度；δ为舵角。在自动控制理论中，由二阶的设计方法可以给出，即

其中，ξ为系统的相对阻尼系数，为使系统有良好的性能，通常取0.8≤ξ≤1.0，对于严格阻尼的船舶，ξ取值为1.0；ωn为船舶的自然振荡频率，ωn＜ωδ，ωδ为舵机系统的自然频率。

在船舶航行中，优先考虑的问题有保持航向和节省能耗2个方面。在船舶操纵过程中，频繁操舵能保持航向的准确性，但同时会导致舵机能耗和船舶速度损失增大。……