發(fā)布時(shí)間：2017-10-01 12:01

  本文關(guān)鍵詞：基于模擬退火算法的船舶航向PID控制器參數(shù)優(yōu)化研究

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【摘要】：船舶航向控制大多數(shù)是傳統(tǒng)的PID控制,它以其原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)、適應(yīng)性強(qiáng)、參數(shù)調(diào)整較容易等特點(diǎn)得到了廣泛地應(yīng)用,但是傳統(tǒng)的PID控制器參數(shù)整定方法通常并不能取得預(yù)期的效果。因此,運(yùn)用多種不同的優(yōu)化方法來解決PID參數(shù)優(yōu)化問題成為了最有效的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。模擬退火算法(SA)是基于局部搜索算法的改進(jìn)搜索算法,本文利用其思路清晰、原理簡單、使用靈活的特點(diǎn)對舶航向控制PID參數(shù)進(jìn)行離線優(yōu)化,首先根據(jù)船舶航向控制應(yīng)保證航向偏差和操縱舵角應(yīng)盡量小的特點(diǎn),確定SA算法優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)和算法參數(shù),利用SA算法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行搜索迭代運(yùn)算,得出優(yōu)化后的PID參數(shù),并進(jìn)行MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)與遺傳算法(GA)和單純形算法優(yōu)化PID參數(shù)對比證明SA算法在優(yōu)化PID參數(shù)的可行性和優(yōu)越性,收斂時(shí)間短,系統(tǒng)無超調(diào),上升快,應(yīng)舵小,具有很強(qiáng)的魯棒性。針對PID參數(shù)的SA優(yōu)化中計(jì)算時(shí)間過長和可能遺失中間最優(yōu)解的局限性,提出了一種改進(jìn)的SA算法,增加算法中間記憶環(huán)節(jié)并優(yōu)化冷卻進(jìn)度表,利用改進(jìn)后的SA算法對船舶PID控制器進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),并與普通的SA算法對比,改進(jìn)后的SA算法收斂速度更快,得到的最終解也具有相當(dāng)?shù)目煽啃?有一定的實(shí)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：模擬退火算法 PID控制 船舶航向控制
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U664.82
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 課題研究背景和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究歷史和現(xiàn)狀10-11
• 1.2.1 PID控制參數(shù)與優(yōu)化現(xiàn)狀10
• 1.2.2 船舶航向控制設(shè)備的研究歷史和現(xiàn)狀10-11
• 1.2.3 模擬退火算法的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀11
• 1.2.4 小結(jié)11
• 1.3 本文主要工作11-13
• 第2章 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型和PID控制器13-29
• 2.1 船舶操縱運(yùn)動(dòng)方程式13-15
• 2.1.1 坐標(biāo)系13-14
• 2.1.2 船舶運(yùn)動(dòng)方程式的建立14-15
• 2.2 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型15-22
• 2.2.1 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型分類15-16
• 2.2.2 船舶響應(yīng)型模型的推導(dǎo)16-22
• 2.3 舵機(jī)伺服系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型22
• 2.4 海浪干擾模型22-23
• 2.5 PID控制器23-24
• 2.6 船舶PID航向控制器設(shè)計(jì)和仿真24-28
• 2.7 本章小結(jié)28-29
• 第3章 模擬退火算法和改進(jìn)的模擬退火算法29-38
• 3.1 組合優(yōu)化問題29
• 3.2 鄰域結(jié)構(gòu)、整體最優(yōu)解和局部最優(yōu)29-30
• 3.3 局部搜索算法30-31
• 3.3.1 局部搜索算法的描述30
• 3.3.2 局部搜索算法的特性30
• 3.3.3 改善局部搜索算法性能的途徑30-31
• 3.4 模擬退火算法31-35
• 3.4.1 固體退火過程31-32
• 3.4.2 Metropolis準(zhǔn)則32-33
• 3.4.3 模擬退火算法33-35
• 3.5 模擬退火算法的改進(jìn)35-37
• 3.5.1 模擬退火算法的改進(jìn)方式35-36
• 3.5.2 模擬退火算法的改進(jìn)思路36-37
• 3.5.3 改進(jìn)的算法流程37
• 3.6 本章小結(jié)37-38
• 第4章 基于模擬退火算法的船舶航向PID控制研究38-53
• 4.1 模擬退火算法參數(shù)的確定38-45
• 4.1.1 目標(biāo)函數(shù)的確定38-40
• 4.1.2 初始解、解空間、鄰域結(jié)構(gòu)和新解產(chǎn)生器40-42
• 4.1.3 冷卻進(jìn)度表42-43
• 4.1.4 SA算法步驟43-45
• 4.2 仿真實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果分析45-50
• 4.3 改進(jìn)的模擬退火算法性能驗(yàn)證50-51
• 4.4 本章小結(jié)51-53
• 第5章 結(jié)論與展望53-54
• 5.1 結(jié)論53
• 5.2 本文不足和未來工作的展望53-54
• 參考文獻(xiàn)54-58
• 致謝58

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：953306