本文關(guān)鍵詞：船舶模糊航跡保持控制器設(shè)計(jì)及仿真

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【摘要】：自動(dòng)舵已經(jīng)成為現(xiàn)代化船舶必不可少的重要設(shè)備之一,同時(shí)隨著全球航運(yùn)業(yè)的快速發(fā)展,自動(dòng)舵的需求量也越來(lái)越大。航跡保持控制功能是自動(dòng)舵的主要功能之一,尤其對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的大洋航行來(lái)說(shuō),航跡保持控制自動(dòng)舵在減少駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高運(yùn)行效率、增加安全性方面有著重要意義。因此研究設(shè)計(jì)出控制性能好、動(dòng)舵頻度低、抗干擾能力強(qiáng)的航跡保持控制器顯得十分必要。本文采用間接式航跡保持控制思路。航跡保持控制外環(huán)以LOS(Line-Of-Sight)算法為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算出船舶保持航跡所需的設(shè)定航向角度；航跡保持控制內(nèi)環(huán)即航向保持控制選取模糊控制為控制策略。利用模糊控制原有的對(duì)模型精度要求不高、對(duì)干擾和參數(shù)變化有較高的魯棒性以及設(shè)計(jì)思路清晰簡(jiǎn)捷易于理解的特點(diǎn),最終設(shè)計(jì)出控制性能好、動(dòng)舵頻度低、抗干擾能力強(qiáng)的航跡保持控制系統(tǒng)。LOS算法在N.Khaled改進(jìn)下已經(jīng)具備了快速穩(wěn)定趨近設(shè)定航跡的特點(diǎn),但是在航跡段之間轉(zhuǎn)向時(shí),由于采用固定的轉(zhuǎn)向提前距離,船舶在大角度轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)有很大外飄現(xiàn)象。針對(duì)此種情況設(shè)計(jì)出改進(jìn)型LOS算法,最終達(dá)到平穩(wěn)轉(zhuǎn)向的目的。模糊控制器在穩(wěn)定控制階段的控制抖動(dòng)問(wèn)題是控制器設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。針對(duì)此問(wèn)題,本文在此做兩方面的改進(jìn)設(shè)計(jì)。首先提出一種擴(kuò)大模糊輸入變量和輸出變量中間分區(qū)“Z”的改進(jìn)型模糊隸屬度函數(shù)。這種改進(jìn)策略使控制器在小的輸入信號(hào)下的敏感度降低,進(jìn)而大幅減緩穩(wěn)定控制階段的抖動(dòng)問(wèn)題,同時(shí)也使抖動(dòng)前期的平穩(wěn)時(shí)間延長(zhǎng),并為后續(xù)改進(jìn)提供了保證。再次是提出了一種“自阻尼型模糊控制器”。該自阻尼策略是利用前時(shí)刻的控制器輸出值來(lái)影響當(dāng)前時(shí)刻的輸出值,在這種自阻尼策略作用下最終模糊控制器的穩(wěn)定控制階段的抖動(dòng)問(wèn)題徹底解決。仿真結(jié)果表明,通過(guò)以上3個(gè)方面的改進(jìn),最終設(shè)計(jì)出的模糊航跡保持控制器達(dá)到了航跡跟蹤誤差小、轉(zhuǎn)向平穩(wěn)、穩(wěn)定控制階段舵角無(wú)抖動(dòng)的要求。
【關(guān)鍵詞】：航跡保持控制 LOS算法 模糊控制 自阻尼策略
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：U664.82
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題的研究背景及意義9-10
• 1.2 模糊航跡保持控制的研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 論文的主要工作及內(nèi)容13-14
• 第2章 基礎(chǔ)理論14-19
• 2.1 模糊控制算法基礎(chǔ)14-16
• 2.2 航跡LOS算法基礎(chǔ)16-19
• 第3章 船舶操縱的平面運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型19-33
• 3.1 引言19
• 3.2 船舶運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系的選取19-20
• 3.3 船舶運(yùn)動(dòng)學(xué)模型20-22
• 3.4 船舶動(dòng)力學(xué)模型22-26
• 3.4.1 船舶剛體運(yùn)動(dòng)方程22-24
• 3.4.2 船舶流體動(dòng)力和力矩24-25
• 3.4.3 回復(fù)力和力矩25-26
• 3.5 標(biāo)準(zhǔn)的船舶3自由度平面運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型26
• 3.6 外界環(huán)境干擾的數(shù)學(xué)模型26-33
• 3.6.1 風(fēng)力(力矩)干擾τ(WIND)26-29
• 3.6.2 波浪力(力矩)干擾τ_(WAVE)的計(jì)算29-31
• 3.6.3 流力(力矩)干擾-τ_(CURRENT)的計(jì)算31-33
• 第4章 模糊航跡保持控制器的設(shè)計(jì)33-48
• 4.1 船舶航跡模糊控制器的初步設(shè)計(jì)33-40
• 4.2 航跡LOS算法的設(shè)計(jì)及改進(jìn)40-41
• 4.3 模糊航向控制的設(shè)計(jì)及改進(jìn)41-48
• 4.3.1 模糊隸屬度函數(shù)的改進(jìn)41-44
• 4.3.2 自阻尼型模糊航向控制器的設(shè)計(jì)44-48
• 第5章 結(jié)論與展望48-49
• 參考文獻(xiàn)49-53
• 致謝53

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 何祖軍;;船舶航向模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];艦船科學(xué)技術(shù);2008年06期

2 潘永平;黃道平;孫宗海;;Ⅱ型模糊控制綜述[J];控制理論與應(yīng)用;2011年01期

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本文編號(hào)：1131918