本发明涉及舵机控制处理技术领域，特别是指一种船用伺服阀液压舵机的控制方法及系统。
背景技术：
在船舶设备中，舵机是最重要的设备之一。它直接影响船舶的安全航行。船舶舵机液压系统由主油路(动力油路)、副油路(控制油路)、油缸、液压油箱、动力控制柜。主油路和副油路都是液压元件，如单向阀、节流阀、溢流阀、换向阀等。油缸是负责推动舵叶的机械结构，液压油缸用于存储液压油。动力控制柜主要有增压泵组(给动力油路提供稳定的液压压力)、伺服阀(调节控制油路液压油的流向和流量)、过滤器和管系等。自动舵或者手动操舵的舵令下达给伺服控制器，伺服控制器通过舵角反馈模块采集的实际舵角，控制伺服阀的开度和方向，进行操舵控制。
舵机是船舶操纵控制的核心系统，船舶舵机控制系统决定了船舶舵机的主要性能。船舶航行时，要求控制航向的船舶舵机控制系统必须具有良好的稳定性、鲁棒性和灵活性。
舵机系统是一个非线性系统，在不同工况及不同水域环境下工作导致的负载变化以及干扰，经典pid控制器是目前的主流自动控制方案，其通过设定舵角和舵角反馈单元反馈的实际舵角误差进行打舵控制，以达到航向控制的目的；pid方案是基于误差的控制，是被动的纠正误差，对于小误差纠正力度小，易造成打舵不准，对于大误差纠正力度又可能会过大，造成油缸冲击和舵角超调，通常采取在pid自动控制的基础上增加控制死区的方法。这种方法往往会造成舵角不准，从而导致船舶偏航，而且会造成舵机多次动舵纠正，传统pid控制方法无法达到完美的控制。
并且在船舶增压泵组状态发生改变时，如开打泵组的数量不同，传统pid控制器会表现出不同的控制状态。
现有传统pid伺服控制器无论是单环还是双环在打舵过程中均会出现不平滑启动和停止过程，对应伺服阀本身的抖动，有缸内油压波动，冲击密封环，加剧舵机磨损。增大舵角死区可以一定程度改善，但同时也会造成航向保持效果变差，航线出现大s弯前进，增大航行路程，增加主机油耗等。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种船用伺服阀液压舵机的控制方法及系统。从而实现舵机平滑控制。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种船用伺服阀液压舵机的控制方法，包括：
获取船用伺服阀液压舵机产生的舵令；
根据所述舵令，通过安排过渡过程，得到安排过渡过程的输出结果；
根据所述输出结果，经过比例、积分和微分进行控制的pid控制器运算输出目标伺服阀开度角；
根据所述目标伺服阀开度角，控制伺服阀开度。
可选的，根据所述舵令，通过安排过渡过程，得到安排过渡过程的输出结果，包括：
根据所述舵令，通过以下方程得到安排过渡过程的输出结果；
其中，x1是输入变量，x2是输入变量x1的微分，h为步长即采样时间，fhan为快速最优控制综合函数，v(t)是x2的微分信号。
可选的，根据所述输出结果，经过比例、积分和微分进行控制的pid控制器运算输出目标伺服阀开度角，包括：
通过以下公式：
其中，e为舵角误差，u为目标伺服阀开度角，kp、ki、kd为pid的三个参数。
可选的，根据所述目标伺服阀开度角，控制伺服阀开度，包括：
根据所述目标伺服阀开度角，经过线性可变差动变压器的反馈，将阀门的位置信号反馈为电压信号；
根据所述电压信号，通过pid运算控制伺服阀开度。
可选的，通过pid运算控制伺服阀开度，包括：
通过以下公式：
其中，e为阀门开度误差，u为输出占空比，kp、ki、kd为pid的三个参数。
本发明的实施例还提供一种船用伺服阀液压舵机的控制系统，包括：
获取模块，用于获取船用伺服阀液压舵机产生的舵令；
安排过渡过程模块，用于根据所述舵令，通过安排过渡过程，得到安排过渡过程的输出结果；
舵角控制模块，用于根据所述输出结果，经过比例、积分和微分进行控制的pid控制器运算输出目标伺服阀开度角；
伺服阀控制模块，用于根据所述目标伺服阀开度角，控制伺服阀开度。
可选的，所述安排过渡过程模块具体用于：
根据所述舵令，通过以下方程得到安排过渡过程的输出结果；
其中，x1是输入变量，x2是输入变量x1的微分，h为步长即采样时间，fhan为快速最优控制综合函数，v(t)是x2的微分信号。
可选的，所述舵角控制模块具体用于：
通过以下公式：
其中，e为舵角误差，u为目标伺服阀开度角，kp、ki、kd为pid的三个参数。
可选的，所述伺服阀控制模块具体用于：
根据所述目标伺服阀开度角，经过线性可变差动变压器的反馈，将阀门的位置信号反馈为电压信号；
根据所述电压信号，通过pid运算控制伺服阀开度。
可选的，所述伺服阀的输入端与伺服阀控制器连接，输出端与线性可变差动变压器连接，并与舵机油缸连接；所述舵机油缸的输出的舵角反馈到安排过渡过程的前端。
本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
本发明的上述方案，通过获取船用伺服阀液压舵机产生的舵令；根据所述舵令，通过安排过渡过程，得到安排过渡过程的输出结果；根据所述输出结果，经过比例、积分和微分进行控制的pid控制器运算输出目标伺服阀开度角；根据所述目标伺服阀开度角，控制伺服阀开度。从而实现舵机启停过程更平滑，液压舵机工作负载降低，液压油缸磨损减少，对密封垫冲击变小，有效延长舵机保养周期及使用寿命。提高打舵精准程度，避免死区过大的现象，一定程度上提高航向准确度，降低总体油耗。
附图说明
图1是本发明的船用伺服阀液压舵机的控制方法的流程示意图；
图2是本发明的船用伺服阀液压舵机的控制方法的一具体流程图；
图3是本发明的船用伺服阀液压舵机的控制系统架构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，一种船用伺服阀液压舵机的控制方法，包括：
步骤11，获取船用伺服阀液压舵机产生的舵令；
步骤12，根据所述舵令，通过安排过渡过程，得到安排过渡过程的输出结果；
步骤13，根据所述输出结果，经过比例、积分和微分进行控制的pid控制器运算输出目标伺服阀开度角；
步骤14，根据所述目标伺服阀开度角，控制伺服阀开度。
本发明的该实施例，通过安排过渡过程使控制输入量及其一阶微分分量连续可导，对于大误差的输入状态安排过渡过程可以将大误差缓平缓输入，任何误差输入下控制器本身均可平稳连续输出。
本发明的一可选的实施例中，步骤12可以包括：
根据所述舵令，通过以下方程得到安排过渡过程的输出结果；
其中，x1是输入变量，x2是输入变量x1的微分，h为步长即采样时间，fhan为快速最优控制综合函数，v(t)是x2的微分信号。
本发明的一可选的实施例中，步骤13可以包括：
通过以下公式：
其中，e为舵角误差，u为目标伺服阀开度角，kp、ki、kd为pid的三个参数，即比例、积分和微分。
本发明的一可选的实施例中，步骤14可以包括：
步骤141，根据所述目标伺服阀开度角，经过线性可变差动变压器的反馈，将阀门的位置信号反馈为电压信号；
步骤142，根据所述电压信号，通过pid运算控制伺服阀开度。
本发明的一可选的实施例中，通过pid运算控制伺服阀开度，包括：
通过以下公式：
其中，e为阀门开度误差，u为输出占空比，kp、ki、kd为pid的三个参数。
如图2所示，舵角控制器是舵机控制的外环，接收安排过度过程的输出结果，经过pid运算输出目标伺服阀开度角；伺服阀控制器是舵机控制的内环，接收舵角控制器的输出，以及lvdt的反馈，通过pid运算控制伺服阀开度lvdt是线性可变差动变压器，属于直线位移传感器。将阀门的位置信号反馈为电压信号。舵角反馈是一种将舵叶的转动信号转化为电压信号的测量变送装置。具体实现为高精度的膜片电位器经过模和数字电路驱动构成。
本发明的上述实施例，通过上述方法可以使得舵机启停过程更平滑，液压舵机工作负载降低，液压油缸磨损减少，对密封垫冲击变小，有效延长舵机保养周期及使用寿命。提高打舵精准程度，避免死区过大的现象，一定程度上提高航向准确度，降低总体油耗。
如图3所示，本发明的实施例还提供一种船用伺服阀液压舵机的控制系统30，包括：
获取模块31，用于获取船用伺服阀液压舵机产生的舵令；
安排过渡过程模块32，用于根据所述舵令，通过安排过渡过程，得到安排过渡过程的输出结果；
舵角控制模块33，用于根据所述输出结果，经过比例、积分和微分进行控制的pid控制器运算输出目标伺服阀开度角；
伺服阀控制模块34，用于根据所述目标伺服阀开度角，控制伺服阀开度。
可选的，所述安排过渡过程模块32具体用于：
根据所述舵令，通过以下方程得到安排过渡过程的输出结果；
其中，x1是输入变量，x2是输入变量x1的微分，h为步长即采样时间，fhan为快速最优控制综合函数，v(t)是x2的微分信号。
可选的，所述舵角控制模块具体用于：
通过以下公式：
其中，e为舵角误差，u为目标伺服阀开度角，kp、ki、kd为pid的三个参数。
可选的，所述伺服阀控制模块34具体用于：
根据所述目标伺服阀开度角，经过线性可变差动变压器的反馈，将阀门的位置信号反馈为电压信号；
根据所述电压信号，通过pid运算控制伺服阀开度。
可选的，所述伺服阀的输入端与伺服阀控制模块(具体可以是伺服阀控制器)连接，输出端与线性可变差动变压器连接，并与舵机油缸连接；所述舵机油缸的输出的舵角反馈到安排过渡过程的前端。
需要说明的是，上述方法实施例中的所有实现方式均适用于该装置的实施例中，也能达到相同的技术效果。
本发明的实施例还提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当所述指令在计算机运行时，使得计算机执行如上所述的方法。上述方法实施例中的所有实现方式均适用于该实施例中，也能达到相同的技术效果。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，需要指出的是，在本发明的装置和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。并且，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行，某些步骤可以并行或彼此独立地执行。对本领域的普通技术人员而言，能够理解本发明的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件，可以在任何计算装置(包括处理器、存储介质等)或者计算装置的网络中，以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实现，这是本领域普通技术人员在阅读了本发明的说明的情况下运用他们的基本编程技能就能实现的。
因此，本发明的目的还可以通过在任何计算装置上运行一个程序或者一组程序来实现。所述计算装置可以是公知的通用装置。因此，本发明的目的也可以仅仅通过提供包含实现所述方法或者装置的程序代码的程序产品来实现。也就是说，这样的程序产品也构成本发明，并且存储有这样的程序产品的存储介质也构成本发明。显然，所述存储介质可以是任何公知的存储介质或者将来所开发出来的任何存储介质。还需要指出的是，在本发明的装置和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。并且，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
