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高速回转工况下的船舶减摇智能控制研究

发布时间:2020-04-21 23:00
【摘要】:船舶回转运动在军用船舶中是一种典型的战术动作,回转状态的优劣对于军船闪避攻击、躲避障碍等需求都有很大影响。由于环境干扰的影响船舶回转过程中会产生的船舶横摇,对于船舶的安全和武器装备的正常使用存在一定威胁。本文研究船舶在回转过程中,环境干扰、航速以及舵角等条件对船舶的回转性能和横摇的影响,并设计了基于粒子群优化算法的减摇控制器与回转工况下的减摇模糊控制器,同时开展仿真分析。本文的主要内容包括以下几点:本文主要进行了以下四个部分的研究:1.根据论文课题要求研究船舶的回转运动状态,搭建船舶四自由度非线性运动模型,分析船舶运动过程中非线性因素的影响,将几种典型船舶运动控制装置的作用力和力矩代入模型中,并建立船舶运动仿真系统。2.研究环境干扰对船舶运动的影响,分解为高频干扰力和漂移波浪力进行分别讨论,通过船舶运动仿真系统验证环境干扰、船舶航速以及给定舵角对船舶回转运动的作用。3.针对船舶运动仿真系统,设计一种基于粒子群优化算法的船舶回转减摇控制器,确定指标函数,讨论并验证在环境干扰、船舶航速以及给定舵角等不同条件下控制系统的性能与减摇效果。4.设计回转工况下船舶减摇模糊控制器,主要针对鳍角在高海情回转运动中出现的鳍角饱和问题,设计积分环节对应的模糊化规则表和其隶属函数,讨论并验证该控制系统在回转工况下,环境干扰、船舶航速以及给定舵角等不同条件下对横摇和减摇鳍的控制效果,对比该控制器与基于粒子群优化算法减摇控制器的控制性能。
【图文】:

减摇鳍,控制系统仿真,原理框图


图 1.1 减摇鳍控制系统仿真原理框图D 控制算法是自适应控制算法、模糊控制算法等数种船舶横摇减c低晨刂品椒╗14]。PID 控制对操控对象要求低,,可以通过人工调节的方法达果。随着控制算法的发展,Natrarajan 和 Gilbert 发明了遗传算法、神法改良 PID 调节参数的理论策略[15][16]。目前在实际的船舶中绝大多数实现船舶横摇的运动控制,智能控制策略是下一步优化控制器的焦点。D 控制应用在船舶减摇控制上具有结构简易,方便建立等诸多优点。PI理并不复杂,鲁棒性强。在一定的工作条件下,通过需要有经验的人员以达到最佳的减摇效果,但不合理的比例、微分、积分环节的增益可能发挥其作用,更严重的情况可能使船舶出现升摇的状态。目前比较热门能优化控制算法对 PID 对象参数改良,达到强化鲁棒性和提高减摇性能如减摇鳍的最小方差控制,是以横摇幅度的方差结果衡量减cЧ魑饬亢推琅斜曜际迪挚刂疲氐闶巧杓浦副昙虻ィ砺鄯椒ㄍ暾鸞17能在船舶小角度倾斜时具有很大的减摇作用,在大角度横摇海浪流下减

模糊控制系统,原理框图


图 1.2 模糊控制系统原理框图图中模糊控制器的基本结构和功能介绍如下:(1)模糊化:模糊化的目的是把精确地输入量换算为模糊量;(2)知识库:知识库主要是具体实践方向的知识储备和需求的控制要求,由数据库和模糊规则库组成。(3)模糊推理:模糊推理是整个过程中的重点,它按照人类根据模糊信息进行推理方法,根据模糊思维逻辑中的内在联系找出推理规律。(4)清晰化:清晰化的目的是令经模糊推理输出的模糊控制量转化为工程控制的清晰量[23]。经过数十年发展,模糊控制已演变为一种常规的控制优化形式进入工业界。模糊控制在实际自动化控制中也得到广泛地推广和应用。模糊控制在船舶控制方向中实行动态定位、自动舵等控制体系的优化。模糊控制在机器人手臂、关节等方向也有一定的实践应用。1.5 论文主要研究内容与结构
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:U664.82

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本文编号:2635840

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