船舶運(yùn)動(dòng)智能PID控制研究.pdf

1、自動(dòng)舵是船舶操縱控制系統(tǒng)中至關(guān)重要的設(shè)備，是船舶操縱性能好壞的標(biāo)志。它一直是船舶運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)的重要研究課題之一，許多專(zhuān)家學(xué)者一直在致力于該方向的研究工作。傳統(tǒng)的PID自動(dòng)舵缺乏對(duì)船舶動(dòng)態(tài)特性及海況的適應(yīng)能力，并且依賴(lài)于精確的數(shù)學(xué)模型，而模糊控制不苛求被控對(duì)象具有準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，對(duì)系統(tǒng)模型參數(shù)的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，有望解決傳統(tǒng)PID控制的弊端。本文的工作就是基于這樣的背景開(kāi)展起來(lái)的。 早期的控制方法為Bang—Bang控制、P

2、ID控制，而后為自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制、魯棒控制、非線性控制，到現(xiàn)在研究的智能控制。這些控制方法都應(yīng)用到船舶航向控制的研究中，并已形成了PID自動(dòng)舵、自適應(yīng)自動(dòng)舵等產(chǎn)品，但由于船舶運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，船舶的動(dòng)態(tài)特性具有大慣性、大時(shí)滯、非線性等特點(diǎn)，航速及裝載變化產(chǎn)生了模型的參數(shù)攝動(dòng)；航行中海風(fēng)對(duì)船舶動(dòng)態(tài)產(chǎn)生偏置力和附加動(dòng)力、海流產(chǎn)生船位的漂移、海浪造成船舷向角的附加高頻振動(dòng)和低頻漂移，以及航行條件的變化、環(huán)境參數(shù)的嚴(yán)重干擾和測(cè)量的不精確性等都使

3、船舶動(dòng)態(tài)產(chǎn)生不確定性，而傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制等控制方法無(wú)法有效控制未建模動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，從而影響了自適應(yīng)舵的控制效果。為了解決上述問(wèn)題，需要進(jìn)一步將智能控制技術(shù)引入自動(dòng)舵的技術(shù)中，研究混合型的智能自動(dòng)舵，本文采用了將PID與模糊控制相結(jié)合的方法，以適應(yīng)船舶運(yùn)動(dòng)控制的要求。 首先對(duì)船舶操縱控制技術(shù)和智能自適應(yīng)控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以及PID控制器參數(shù)整定方法的概況進(jìn)行了綜述。在分析了船舶操縱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程的基礎(chǔ)上，建立了船舶航向控制的線性和非線

4、性數(shù)學(xué)模型以及風(fēng)、浪、流的干擾模型。簡(jiǎn)單介紹了船舶航向控制的基本原理，同時(shí)研究傳統(tǒng)的PID自動(dòng)舵的數(shù)學(xué)模型及設(shè)計(jì)過(guò)程。在分析了傳統(tǒng)自動(dòng)舵控制缺陷的基礎(chǔ)上，為使船舶能在不同狀態(tài)和環(huán)境下按所希望的要求改變船舶航向，提出了一種基于模糊控制的自適應(yīng)算法。首先討論了模糊控制的基本思想和基本理論，在此基礎(chǔ)上分析了船舶航向控制這種特殊的被控對(duì)象的特性，從而提出了船舶航向的模糊控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了船舶航向模糊控制系統(tǒng)，這也是進(jìn)一步設(shè)計(jì)其它高性能模糊控制器的