SPSA for PD controller design for a tanker ship

资 源 简 介

SPSA for PD controller design for a tanker ship

详 情 说 明

在船舶控制系统中，PD（比例-微分）控制器因其结构简单且易于实现而被广泛应用。对于油轮这类大型船舶，由于其运动惯性和环境干扰较大，传统的控制器参数整定方法往往难以达到理想效果。这时，采用同时扰动随机逼近（SPSA）算法进行PD控制器设计就显示出独特优势。

SPSA是一种高效的随机优化算法，特别适合解决高维参数优化问题。在油轮PD控制器设计中，我们将其应用于两个关键参数的自动整定：比例系数Kp和微分系数Kd。该算法通过同时随机扰动所有参数，观察系统响应变化来估计梯度方向，避免了传统梯度方法需要计算每个参数单独扰动的计算负担。

具体实现时，首先需要定义评价函数，通常采用船舶航向偏差和舵机操作量的加权组合。SPSA算法会生成随机扰动向量，在每次迭代中同时调整Kp和Kd参数，通过比较两次扰动的控制效果来更新参数估计。这种并行扰动特性使算法收敛速度不受参数维度影响，特别适合实时控制系统。

与传统的Ziegler-Nichols等经验整定法相比，基于SPSA的优化方法能更好地处理油轮系统的非线性特性，如低速时的响应滞后和高速时的超调问题。通过合理设置SPSA的增益序列和扰动幅度，可以在保证稳定性的前提下实现控制性能的逐步优化。

实际应用中，这种方法的优势在于不需要精确的船舶数学模型，仅依靠在线性能测量就能完成参数自适应，这使得它特别适合处理油轮在复杂海况下的控制问题。