基于模糊PID控制的多目标标绘系统研究

论文摘要

船舶航迹标绘系统是船舶导航系统的重要输出设备,航迹标绘系统的发展与功能的完善是提高导航设备现代化的一个重要方面。我国现有的航迹标绘系统只能标绘船舶航迹,这在船舶行业如此发达的今天已经不能满足实际的需要,本文研究设计了一种不仅能够标绘航迹,还可以标绘本船信息、他船信息和船舶航行的周边环境信息的多目标标绘系统。首先通过研究已往航迹标绘系统的设计方案并根据多目标标绘的需要,确立了多目标标绘系统的总体方案,包括系统的总体结构、执行元件的选择和软硬件体系。接着对系统的主要硬件结构进行了设计,包括交流伺服电机的选型,脉冲信号发生电路板和位置传感器的设计。然后介绍了系统软件的运行环境VxWorks操作系统,并设计了多目标标绘系统的软件结构。随后通过建立系统的数学模型,求得PID控制器参数,并深入研究模糊控制理论,把模糊控制与PID控制相结合设计了适合多目标标绘系统的自整定模糊PID控制器,并利用MATLAB软件对系统进行了仿真,结果表明,应用模糊PID复合控制系统的动静态性能都有很大提高。最后对多目标标绘的优先级方式和结构实现进行了研究,包括多目标标绘的内容和优先级,多目标标绘的硬件结构和软件实现方式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 航迹标绘系统的发展
• 1.1.1 国外发展现状
• 1.1.2 国内发展现状
• 1.2 本课题研究的意义
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 第2章 多目标标绘系统的总体设计
• 2.1 多目标标绘系统的理论基础
• 2.1.1 航迹标绘的理论基础
• 2.1.2 多目标标绘的数学基础
• 2.2 多目标标绘系统的总体设计
• 2.2.1 系统的设计要求
• 2.2.2 系统的总体结构
• 2.3 本章小结
• 第3章 多目标标绘系统的软硬件设计
• 3.1 系统主要硬件的设计
• 3.1.1 伺服电机的选型
• 3.1.2 脉冲信号发生电路
• 3.1.3 位置传感器
• 3.2 系统的软件设计
• 3.2.1 系统的软件平台VxWorks
• 3.2.2 系统的软件结构
• 3.3 本章小结
• 第4章 多目标标绘系统控制算法的研究与实现
• 4.1 PID控制器的设计
• 4.1.1 系统数学模型的建立
• 4.1.2 PID控制器参数的确定
• 4.2 模糊控制理论
• 4.2.1 模糊数学基础
• 4.2.2 模糊控制原理
• 4.3 多目标标绘系统的自整定模糊PID控制
• 4.3.1 自整定模糊PID控制器结构
• 4.3.2 自整定设计思想
• 4.3.3 模糊PID控制器的生成
• 4.3.4 控制系统的仿真与分析
• 4.4 控制算法的实现
• 4.4.1 控制器的输出
• 4.4.2 控制算法的程序实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于优先级的多目标标绘研究
• 5.1 多目标标绘的主要内容
• 5.2 多目标标绘的优先级设计思想
• 5.2.1 任务调度算法
• 5.2.2 多目标标绘的优先级设计
• 5.3 多目标标绘的软硬件实现
• 5.3.1 多目标标绘的硬件实现
• 5.3.2 多目标标绘的软件实现
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢