船舶航迹智能控制算法的研究

发布时间：2017-06-23 08:16

  本文关键词：船舶航迹智能控制算法的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：航迹智能控制是当今船舶运动控制领域的一个重要课题，同时也是船舶智能操控仿真平台实现航行智能化及其自动控制模块的重要内容，本文设计的航迹智能控制仿真系统采用间接控制方式，其设计的航迹智能控制算法由航迹制导和航迹自动控制算法两部分组成。本文设计的航迹自动控制算法由航向制导算法和航向自动控制算法两部分组成。主要研究工作如下： （1）提出了一种新的船舶航向控制算法的性能评判方法。为了选择性能较优的航向控制算法作为间接航迹自动控制的航向控制算法，，本文提出了一种基于模糊隶属函数的航向跟踪性能评判加权平均法，其性能指标的权值确定方法来源于对有经验的船舶操纵人员问卷调查分析结果，因此该评价方法比一般的定性评价更具科学性和实用性。 （2）基于Matlab仿真分析了本文采纳的四种航向自动控制算法。在研究分析各种航向自动控制算法原理的基础上，借助Matlab对普通PID、丹麦航海研究所（简称DMI）设计的PID、模糊自整定PID控制器以及专家模糊控制器与三自由度船模构成的航向自动舵进行仿真。基于（1）提出的船舶航向控制算法性能的评判方法，分析评价四种航向自动舵的航向跟踪性能，将性能最优的模糊自整定PID航向自动舵作为本文航迹间接控制仿真系统的航向控制算法。 （3）研究设计与实现航迹智能控制算法。本文设计了航向制导算法，与性能较优的模糊自整定PID航向自动舵构成间接型航迹自动舵，然后设计了航迹制导算法与航迹自动舵构成航迹智能控制算法。 （4）基于先进的、近似海上模拟环境的船舶智能操控仿真平台桌面系统的算法仿真测试。利用Visual C++6.0开发工具将本文设计的航迹智能控制算法编程实现，并集成到我校研发的具有DMI六自由度船模的船舶智能操控仿真平台，分别对目标船的智能航行和本船的航迹保持与跟踪进行了大量的平台实验，验证了设计的航迹智能控制算法的性能。
【关键词】：航迹智能控制 DMI 船舶智能操控仿真平台 模糊自整定PID 航迹制导
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U666.153
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题的研究背景和意义9
• 1.2 船舶自动舵的发展及现状9-12
• 1.2.1 自动舵的发展9-11
• 1.2.2 船舶航向和航迹控制国内研究现状11
• 1.2.3 船舶航向和航迹控制国外研究现状11-12
• 1.3 本文所做的工作12-13
• 第2章 船舶航向控制算法13-39
• 2.1 航向控制原理13
• 2.2 PID 航向自动舵13-20
• 2.2.1 PID 控制原理14-15
• 2.2.2 PID 航向自动舵15-17
• 2.2.3 DMI 航向自动舵17-20
• 2.3 模糊自整定 PID 航向自动舵20-28
• 2.3.1 原理20-25
• 2.3.2 Matlab 仿真25-28
• 2.4 专家模糊控制航向自动舵28-34
• 2.4.1 原理28-30
• 2.4.2 基于遗传算法的专家模糊控制航向自动舵30-32
• 2.4.3 Matlab 仿真32-34
• 2.5 船舶航向控制算法性能的比较34-38
• 2.5.1 评判原理34-35
• 2.5.2 评判指标体系的构建35-36
• 2.5.3 评判结果及分析36-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第3章 船舶航迹控制算法39-45
• 3.1 航迹控制概述39
• 3.2 航迹控制原理39-41
• 3.2.1 航迹直接控制39-40
• 3.2.2 航迹间接控制40
• 3.2.3 航迹自动控制40-41
• 3.3 航迹制导算法41-42
• 3.4 航迹控制模块42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 船舶智能控制算法的实现与仿真45-64
• 4.1 船舶智能操控仿真平台概述45-46
• 4.2 航向自动舵的实现与仿真46-52
• 4.2.1 本船航向控制的实现与仿真46-51
• 4.2.2 目标船航向控制的实现与仿真51-52
• 4.3 航迹自动控制的实现与仿真52-59
• 4.3.1 本船航迹控制的实现与仿真52-54
• 4.3.2 目标船航迹控制的实现与仿真54-59
• 4.4 本船航向自动舵的性能评价59-63
• 4.4.1 航向跟踪的评价59-61
• 4.4.2 航向保持的评价61-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第5章 结论与展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-69
• 在学期间发表的学术论文69

【参考文献】

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本文编号：474426