船舶航向模糊自适应控制研究

来源 :上海海运学院 上海海事大学 | 被引量 : 17次 | 上传用户:badgod
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本论文来源于上海市高等学校科学技术发展基金项目—船舶航向集成智能控制技术研究。作者参与此课题的研究并撰写了该论文。 船舶航向自动控制系统亦称为自动舵,它是船舶系统中一个不可缺少的重要设备,从历史的角度来看自动舵的出现是减轻驾驶人员的工作强度,降低运输成本,提高运输的安全性和经济效益。随着控制技术不断完善,工程技术人员把控制技术引入航向控制之中建立了以PID为控制器的航向控制系统并取得良好的效果。但是由于船舶航行的复杂性和PID控制器本身的局限性,常规的PID自动舵仍然存在着许多不足之处。 本文的研究的目的是提出一种控制效能智能控制自动舵,其目标为改善基于经典控制理论的PID自动舵的控制效果。在智能控制自动舵的研究当中,本文运用了模糊自整定PID参数的方法,在自动舵的设计方面作了一些有益的探索,并做了仿真研究,获得了理想的控制效果。 本文研究是从以下几个方面着手: 1.在论文的开始,根据相关的资料所提供的实船参数,设计了PID自动舵,以此作为后期研究的比较的对象。 2.运用模糊控制的方法,对同一个实船对象设计出一个模糊控制器,观察其仿真结果。 3.总结前面两章的设计方法,结合PID控制高稳态精度的优点和模糊控制器的鲁棒性强且响应速度快的特点设计出模糊整定PD两个参数的控制器。并在仿真中得到较好的结果。在设计船舶航向模糊参数自整定控制器时由于没有现成的控制规则可供借鉴,本论文借鉴了运用在其他工业控制领域的模糊自整定控制器的模糊规则,并根据实际控制效果做出相应的规则调整。 4.模糊控制所整定的两个参数论域无成熟例子的可以借鉴,本文提出基于实船设计的PID控制器的参数调整,使控制参数分布于一个正态曲线上,再适当扩大论域范围,作为设计整定对象的模糊控制论域。在仿真试验的结果中证明了设想的合理性。 5.论文的最后运用MATLAB软件所提供的SIMULINK工具箱对所做的三个控制器做出仿真结果,分别模拟在无干扰和实际航行中外界干扰情况下系统的响应特性曲线,并给出了相应的分析结果。 最终的仿真结果表明,智能控制在船舶航向控制方面其优越性大大超过了传统控制方法的自动舵,其应用和发展前景是广阔的。 由于智能控制理论自身发展仍在不断完善和发展,因此应用于实际还需要做更深入的研究。这也是相关领域今后研究的重要方向之一。
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