基于PLC的减摇鳍随动系统模糊-PI控制研究

论文摘要

减摇鳍对提高船舶的耐波性、适航性及稳定性具有重要作用，并能够改善船载设备及人员的工作条件。减摇鳍控制系统中的随动系统接受主控制器信号，驱动鳍跟随控制信号运动。减摇鳍的随动系统一般都是“电液随动系统”，系统中存在着非线性、参数变化等因素，这些因素影响随动系统的动态性能和稳态精度，同时也会降低主控制器先进控制算法的优越性。所以研究随动系统智能控制，对提高随动系统的适应性和提高减摇效果具有实际意义。本文首先根据减摇鳍随动系统的组成原理和液压控制原理，推导出随动系统的数学模型，并且根据某型号减摇鳍随动系统的参数对传递函数进行了量化。在对系统的各环节分析的基础上，设计了常规PI控制器。仿真分析了随动系统在常规PI控制算法时，有干扰和无干扰两种情况下的响应情况。得出结论：系统只在干扰作用下，响应变得恶化，如果再考虑到摩擦、滞后、死区等非线性因素，系统响应的精度将无法得到保障。其次，针对系统中存在的这些非线性因素，本文在模糊控制原理的基础上，利用模糊控制对非线性和参数变化对象控制方面的优越性设计了常规模糊控制器，为了弥补常规模糊控制器在稳态精度控制方面的不足，把常规PI控制器和常规模糊控制器结合起来，构成模糊—PI控制器。在大偏差时采用模糊控制，小偏差时切换到PI控制。从而实现了利用两种控制算法的优点，改善控制性能，提高减摇效果。Simulink仿真表明：模糊—PI控制无论在干扰存在的情况下还是在非线性因素存在的情况下，都能较精确地跟踪给定信号，能够满足系统的性能要求。文章最后设计了用PLC实现两种控制算法的程序。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 目的与意义
• 1.2 伺服系统智能控制国内外现状
• 1.3 可编程控制器的特点
• 1.4 论文的主要内容
• 第2章 随动系统建模
• 2.1 引言
• 2.2 变量泵排量控制系统建模
• 2.2.1 变量泵排量控制系统动力机构的建模
• 2.2.2 变量泵排量控制系统的建模
• 2.3 减摇鳍随动系统的建模
• 2.3.1 动力机构的建模
• 2.3.2 减摇鳍随动系统的建模
• 2.4 系统的参数以及传递函数
• 2.4.1 系统参数
• 2.4.2 系统的传递函数
• 2.5 小结
• 第3章 PID 控制器的设计及仿真分析
• 3.1 引言
• 3.2 变量泵排量控制系统的分析与校正
• 3.2.1 频域分析与校正
• 3.2.2 时域仿真
• 3.2.3 变量泵排量控制系统闭环传递函数的等效
• 3.3 减摇鳍随动系统的分析与仿真
• 3.3.1 系统的分析
• 3.3.2 PI 控制器的设计
• 3.3.3 不考虑干扰时随动系统的时域仿真
• 3.3.4 考虑干扰时随动系统的时域仿真
• 3.4 小结
• 第4章 模糊 PI 控制器的设计及仿真研究
• 4.1 引言
• 4.2 模糊控制基本理论
• 4.2.1 规模糊控制器的设计要求
• 4.2.2 糊控制器的基本结构
• 4.2.3 模糊集合
• 4.2.4 糊关系及模糊推理
• 4.2.5 模糊判决
• 4.3 常规模糊控制器的设计
• 4.3.1 语言变量隶属函数的确定
• 4.3.2 模糊控制规则的设计
• 4.3.3 编制模糊控制表
• 4.4 Fuzzy-PI 控制器设计
• 4.4.1 算法介绍
• 4.4.2 Fuzzy-PI 模糊控制器的仿真及分析
• 4.5 小结
• 第5章 基于 PLC 的模糊-PI 控制器的设计
• 5.1 引言
• 5.2 PLC 概述
• 5.2.1 PLC 的工作原理
• 5.2.2 PLC 配置及性能
• 5.2.3 量程的选择和外围电路的设计
• 5.3 基于 PLC 的 PI 控制器的设计
• 5.3.1 模拟量校正装置的离散化
• 5.3.2 PLC 实现 PI 控制算法编程
• 5.4 模糊控制器的 PLC 程序设计
• 5.4.1 输入量的模糊量化及其程序设计
• 5.4.2 模糊控制查询表的实现
• 5.4.3 输出去模糊化的实现
• 5.5 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