船舶航向模糊控制系统研究

发布时间：2017-07-13 16:24

  本文关键词：船舶航向模糊控制系统研究

  更多相关文章： 船舶自动舵 模糊控制 模拟退火算法(SA) 仿真

【摘要】： 本论文来源于预研项目—航向控制系统故障智能检测仪,作者参与此项研究工作。 本文的目的在于提出一种新的航向控制系统,其目标在于改善经典PID控制系统的控制效果。大量实践和理论已经证明模糊控制特别适合于难以建立数学模型、存在非线性和时变性的对象。本文运用模拟退火算法对模糊控制系统的控制参数进行了优化处理,使控制器能更好的适应模型参数摄动和复杂多变环境干扰。最后对所设计的控制系统进行了仿真,获得了理想的控制效果。 本文主要进行了以下几项工作: 一.根据模糊控制不需要建立精确控制对象模型的特点,确定选取一阶K-T方程(即Nomoto模型),并根据实船参数计算了K、T参数。 二.设计了航向模糊控制器。首先根据所控船舶的运动特点,选取了性能指标,确定隶属函数,结合实际操舵人员的实际经验,制定了控制规则,并结合仿真深入讨论了控制器参数对系统性能的影响。 三.设计了模拟退火算法优化程序,实现了对控制器的量化因子和比例因子的最优化。 四.建立了航向控制系统的仿真模型并进行了仿真,仿真内容有:海浪干扰的数值仿真,所控制船舶的随动系统仿真,船舶使用的PID航向控制系统仿真,以及设计的模糊航向控制系统仿真等。对航向控制系统的仿真选取了不同海况和不同遭遇角,并根据仿真数据列出了随机统计结果,对比分析了两种控制系统的优劣和改进方向。 仿真结果表明,模糊航向控制器控制参数经过优化调整,有较好的控制效果,其控制性能超越了经典的PID控制系统。可以为项目采用。
【关键词】：船舶自动舵 模糊控制 模拟退火算法(SA) 仿真
【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】：2008
【分类号】：TP273.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究的目的和意义10
• 1.2 自动操舵装置的发展和现状10-13
• 1.2.1 自动操舵装置的发展历程10-12
• 1.2.2 自动操舵装置的国内外现状12-13
• 1.3 模糊控制与模拟退火算法的发展及现状13-15
• 1.3.1 模糊控制理论的产生和研究概况13-15
• 1.3.2 模拟退火算法概述15
• 1.4 论文主要工作15-18
• 第2章 船舶运动数学模型18-28
• 2.1 船舶操纵运动的数学模型计算18-23
• 2.1.1 两种坐标系18
• 2.1.2 两维船舶运动方程式18-20
• 2.1.3 水动力系数无因次化及计算20-22
• 2.1.4 Nomoto模型22-23
• 2.2 干扰的数学模型23-27
• 2.2.1 风的影响模型24-25
• 2.2.2 浪的影响模型25-26
• 2.2.3 流的影响模型26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 船舶航向模糊控制器的设计28-42
• 3.1 模糊控制基础28-34
• 3.1.1 模糊控制概述29-30
• 3.1.2 模糊集合和模糊关系30-31
• 3.1.3 模糊推理31-32
• 3.1.4 选择隶属函数的原则32-33
• 3.1.5 模糊控制器的常规设计方法33-34
• 3.2 航向模糊控制器的设计34-40
• 3.2.1 被控对象的特点及控制任务34
• 3.2.2 航向模糊控制器的设计34-40
• 3.3 模糊控制器参数整定分析40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 航向模糊控制器参数SA算法寻优42-56
• 4.1 模拟退火算法基础42-51
• 4.1.1 模拟退火算法概述42
• 4.1.2 模拟退火算法的基本原理42-44
• 4.1.3 模拟退火算法的冷却进度表44-48
• 4.1.4 模拟退火算法的应用48-50
• 4.1.5 模拟退火算法的改进和变异50-51
• 4.2 航向模糊控制器参数模拟退火算法寻优51-55
• 4.2.1 控制器参数模拟退火算法寻优总体结构51-52
• 4.2.2 控制器参数模拟退火算法寻优设计52-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第5章 航向控制系统仿真56-65
• 5.1 船舶的运动特点及控制要求56
• 5.2 航向控制系统模型建模56-59
• 5.3 MATLAB仿真分析59-65
• 5.3.1 海浪干扰的数值仿真59-60
• 5.3.2 航向控制系统仿真60-65
• 结论65-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取科的科研成果69-70
• 致谢70

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 赵桂梅;船舶航迹/航向控制系统可视化仿真[D];哈尔滨工程大学;2011年

2 黄燕;水面船绕定点回转艏向和位置控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

3 汪志勇;耙吸挖泥船DP/DT控制算法研究[D];江苏科技大学;2012年

，

本文编号：537622