船舶模糊航迹保持控制器设计及仿真

发布时间：2017-11-02 14:21

  本文关键词：船舶模糊航迹保持控制器设计及仿真

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【摘要】：自动舵已经成为现代化船舶必不可少的重要设备之一,同时随着全球航运业的快速发展,自动舵的需求量也越来越大。航迹保持控制功能是自动舵的主要功能之一,尤其对长时间的大洋航行来说,航迹保持控制自动舵在减少驾驶员劳动强度、提高运行效率、增加安全性方面有着重要意义。因此研究设计出控制性能好、动舵频度低、抗干扰能力强的航迹保持控制器显得十分必要。本文采用间接式航迹保持控制思路。航迹保持控制外环以LOS(Line-Of-Sight)算法为基础来计算出船舶保持航迹所需的设定航向角度；航迹保持控制内环即航向保持控制选取模糊控制为控制策略。利用模糊控制原有的对模型精度要求不高、对干扰和参数变化有较高的鲁棒性以及设计思路清晰简捷易于理解的特点,最终设计出控制性能好、动舵频度低、抗干扰能力强的航迹保持控制系统。LOS算法在N.Khaled改进下已经具备了快速稳定趋近设定航迹的特点,但是在航迹段之间转向时,由于采用固定的转向提前距离,船舶在大角度转向时会有很大外飘现象。针对此种情况设计出改进型LOS算法,最终达到平稳转向的目的。模糊控制器在稳定控制阶段的控制抖动问题是控制器设计的难点。针对此问题,本文在此做两方面的改进设计。首先提出一种扩大模糊输入变量和输出变量中间分区“Z”的改进型模糊隶属度函数。这种改进策略使控制器在小的输入信号下的敏感度降低,进而大幅减缓稳定控制阶段的抖动问题,同时也使抖动前期的平稳时间延长,并为后续改进提供了保证。再次是提出了一种“自阻尼型模糊控制器”。该自阻尼策略是利用前时刻的控制器输出值来影响当前时刻的输出值,在这种自阻尼策略作用下最终模糊控制器的稳定控制阶段的抖动问题彻底解决。仿真结果表明,通过以上3个方面的改进,最终设计出的模糊航迹保持控制器达到了航迹跟踪误差小、转向平稳、稳定控制阶段舵角无抖动的要求。
【关键词】：航迹保持控制 LOS算法 模糊控制 自阻尼策略
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 模糊航迹保持控制的研究现状10-13
• 1.3 论文的主要工作及内容13-14
• 第2章 基础理论14-19
• 2.1 模糊控制算法基础14-16
• 2.2 航迹LOS算法基础16-19
• 第3章 船舶操纵的平面运动数学模型19-33
• 3.1 引言19
• 3.2 船舶运动坐标系的选取19-20
• 3.3 船舶运动学模型20-22
• 3.4 船舶动力学模型22-26
• 3.4.1 船舶刚体运动方程22-24
• 3.4.2 船舶流体动力和力矩24-25
• 3.4.3 回复力和力矩25-26
• 3.5 标准的船舶3自由度平面运动数学模型26
• 3.6 外界环境干扰的数学模型26-33
• 3.6.1 风力(力矩)干扰τ(WIND)26-29
• 3.6.2 波浪力(力矩)干扰τ_(WAVE)的计算29-31
• 3.6.3 流力(力矩)干扰-τ_(CURRENT)的计算31-33
• 第4章 模糊航迹保持控制器的设计33-48
• 4.1 船舶航迹模糊控制器的初步设计33-40
• 4.2 航迹LOS算法的设计及改进40-41
• 4.3 模糊航向控制的设计及改进41-48
• 4.3.1 模糊隶属度函数的改进41-44
• 4.3.2 自阻尼型模糊航向控制器的设计44-48
• 第5章 结论与展望48-49
• 参考文献49-53
• 致谢53

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 何祖军;;船舶航向模糊控制系统的设计[J];舰船科学技术;2008年06期

2 潘永平;黄道平;孙宗海;;Ⅱ型模糊控制综述[J];控制理论与应用;2011年01期

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本文编号：1131918