船舶操纵运动智能控制的研究

论文摘要

本文对于船舶操纵运动和航向智能控制进行了系统的研究。操纵船舶安全迅速地到达目的港是船舶运动控制的最终目的。航向控制作为船舶操纵运动控制中最基本的控制方式,是评价船舶操纵性优良与否的标志。船舶运动数学模型是对船舶进行操纵控制的前提和仿真的基础,本文在深入分析了船舶操纵运动特性的基础上,根据船舶操纵运动控制的特点,建立了先进的第五代5446TEU集装箱船建立其平面运动线性和非线性运动数学模型并进行了仿真计算,计算结果表明仿真模型与实船试航数据基本吻合。由于船舶航向控制系统的复杂性和工作环境的随机性,使其具有典型的非线性和不确定性,而模糊控制不苛求被控对象具有准确的数学模型,对系统模型参数的变化具有较强的适应能力,因此本文提出了一种船舶航向模糊控制和船舶航向模糊自整定PID控制的智能控制算法。在分析了模糊控制基本理论的基础上,首先构造了船舶航向模糊控制器的输入输出语言变量及其隶属度函数,控制规则,并考虑了非线性舵角反馈部分,设计了一个模糊航向控制器;另外本文将模糊控制与传统PID控制相结合,设计了船舶航向模糊自整定PID控制器,并用Matlab中的M文件编程实现了PID参数模糊自整定的船舶航向控制算法,并与传统PID控制算法进行比较。作者还用另外一艘船舶模型验证了所设计的PID参数模糊自整定控制器具有对于被控对象模型变化的鲁棒性。仿真结果说明了本文的智能控制算法具有较好的控制效果,航向跟踪响应迅速,超调量小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 船舶操纵运动控制
• 1.2 基于先进控制技术的船舶综合船桥系统
• 1.3 课题的提出及完成工作
• 第2章 船舶运动数学模型
• 2.1 船舶运动坐标系
• 2.2 船舶平面运动数学模型的建立
• 2.2.1 船舶平面运动线性化数学模型
• 2.2.2 船舶航向的非线性系统模型
• 2.3 5446TEU集装箱船运动数学模型的建立与仿真
• 2.3.1 5446TEU集装箱船运动数学模型参数的计算
• 2.3.2 5446TEU集装箱船运动数学模型的验证
• 第3章 船舶操纵运动特性
• 3.1 船舶的旋回性能
• 3.1.1 船舶旋回的运动过程
• 3.1.2 旋回圈的大小及其要素
• 3.2 船舶操纵性能标准
• 3.3 船舶操纵性能分析
• 3.3.1 K、T指数的物理意义
• 3.3.2 船舶操纵性指数及其意义
• 3.3.3 按K、T指数区分船舶操纵性
• 第4章 船舶航向智能控制
• 4.1 船舶航向控制器
• 4.2 船舶航向模糊控制器研究
• 4.2.1 模糊控制概述
• 4.2.2 模糊航向控制器设计的基本原理
• 4.2.3 模糊航向控制器的设计步骤
• 4.2.4 仿真试验及结果分析
• 4.3 船舶航向模糊自整定PID控制器的研究
• 4.3.1 船舶航向PID控制器
• 4.3.2 船舶航向模糊自整定PID控制器的结构及原理
• 4.3.3 船舶航向模糊自整定PID控制器的设计步骤
• 4.3.4 仿真试验及结果分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历