本文關鍵詞：艦船減搖的多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制研究

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【摘要】：艦船在海上航行時,會受到風、流、浪等各種海洋環(huán)境干擾,因此船體產(chǎn)生無法避免的搖蕩運動。其中,橫搖運動的影響最顯著。劇烈的橫搖使船上工作人員無法正常工作,武器、設備使用性能降低,更嚴重地影響艦船的安全性。因此,有效地減小艦船搖蕩運動是十分必要的,這樣也可增加艦船的使用壽命。同時,本文考慮艦船艏搖運動與其橫搖運動之間的耦合作用。艦船運動還具有非線性和不確定性,研究不確定非線性系統(tǒng)的控制問題具有重要的理論意義和現(xiàn)實需要。本文以艦船為研究對象,提出了一種基于多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制的艦船減搖控制方法,并與傳統(tǒng)PID控制和滑模變結構控制作比較,通過MATLAB仿真來總結各自的優(yōu)缺點。本文的主要內容包括：1.分析艦船的動力學模型,考慮橫搖運動與艏搖運動之間的耦合作用,建立橫蕩、橫搖、艏搖三自由度的艦船仿真模型,同時分析海浪干擾模型。為了與實際情況更相符,減搖鰭與舵機的結構中加入了限幅限速環(huán)節(jié)。2.設計艦船減搖系統(tǒng)的PID控制器,并采用MATLAB/Simulink自帶的優(yōu)化工具優(yōu)化PID控制器參數(shù)。由于滑模變結構控制對一般非線性系統(tǒng)可以起到較好的控制效果,本文設計了艦船減搖系統(tǒng)的非線性變結構控制器。3.設計艦船減搖系統(tǒng)的多維泰勒網(wǎng)控制器,介紹了用極小值原理求取被控模型的最優(yōu)控制信號的算法與用共軛梯度法優(yōu)化多維泰勒網(wǎng)控制器參數(shù)的算法。由于時間原因,本文在PID控制基礎上設計,采用全過程的共軛梯度法優(yōu)化控制器參數(shù)。4.設計系統(tǒng)的一個仿真平臺,并使用MATLAB中的圖形用戶界面GUI設計系統(tǒng)的用戶操作界面。在某種海浪干擾情況下,優(yōu)化在三自由度的艦船模型中各控制器參數(shù),比較三種控制方法的控制效果。然后,在其他海況下,進行海浪干擾下仿真實驗。通過分析每種海況下仿真結果,表明在大部分選取的海浪干擾情況下多維泰勒網(wǎng)控制效果較好,但PID控制相對較差,滑模變結構控制對干擾存在穩(wěn)定性問題。5.對本研究所做的工作進行總結,并討論了課題進一步研究的問題。
【關鍵詞】：艦船減搖 PID控制 滑模變結構控制 多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制 仿真平臺
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U664.7;TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 課題研究背景和意義11
• 1.2 艦船減搖裝置和操縱裝置11-13
• 1.2.1 艦船減搖裝置11-12
• 1.2.2 艦船操縱裝置12-13
• 1.3 課題研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.1 減搖鰭發(fā)展現(xiàn)狀13
• 1.3.2 計算機仿真13-14
• 1.3.3 控制方法研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 課題的主要內容和論文結構15-17
• 1.4.1 論文內容15-16
• 1.4.2 論文結構16-17
• 第二章 艦船運動模型17-31
• 2.1 艦船動力學分析17-20
• 2.1.1 艦船運動分析中的坐標17-18
• 2.1.2 艦船動力學模型18-20
• 2.2 船體所受外力及外力矩分析20-22
• 2.2.1 影響艦船水動力和水動力矩的因素21-22
• 2.2.2 水動力與水動力矩方程22
• 2.3 控制力和力矩22-26
• 2.3.1 舵的作用力和力矩23-25
• 2.3.2 鰭的作用力和力矩25-26
• 2.4 海浪干擾模型26-29
• 2.4.1 海浪基本概念26-28
• 2.4.2 海浪的干擾力和力矩28-29
• 2.5 本章小結29-31
• 第三章 艦船的PID控制器設計31-45
• 3.1 PID控制應用31-33
• 3.1.1 PID控制算法31
• 3.1.2 PID參數(shù)調節(jié)方法31-32
• 3.1.3 控制結構32-33
• 3.2 減搖鰭的PID控制設計33-36
• 3.2.1 減搖鰭控制系統(tǒng)的組成33-35
• 3.2.2 設計減搖鰭PID控制器35-36
• 3.3 舵機的PID控制設計36-41
• 3.3.1 舵機的工作原理36-37
• 3.3.2 設計舵機PID控制器37-41
• 3.4 PID控制分析41-43
• 3.4.1 PID控制器與結果分析41-42
• 3.4.2 傳統(tǒng)PID控制的優(yōu)缺點42-43
• 3.5 本章小結43-45
• 第四章 艦船的滑模變結構控制器設計45-55
• 4.1 滑模變結構控制簡介45-50
• 4.1.1 滑�？刂苹驹�45-47
• 4.1.2 滑模變結構控制系統(tǒng)的性質47-49
• 4.1.3 滑�？刂频脑O計方法49-50
• 4.2 減搖鰭的滑�？刂破髟O計50-51
• 4.3 舵機的滑模控制器設計51-53
• 4.4 變結構控制分析53-54
• 4.4.1 變結構控制器與結果分析53-54
• 4.4.2 滑模變結構控制的優(yōu)缺點54
• 4.5 本章小結54-55
• 第五章 艦船的多維泰勒網(wǎng)控制器設計55-67
• 5.1 多維泰勒網(wǎng)控制簡介55-58
• 5.1.1 原理簡介55-57
• 5.1.2 系統(tǒng)的控制結構57
• 5.1.3 研究現(xiàn)狀57-58
• 5.2 多維泰勒網(wǎng)控制器設計方法58-62
• 5.2.1 計算期望控制輸入與輸出58-60
• 5.2.2 多維泰勒網(wǎng)學習算法60-62
• 5.3 設計控制器62-64
• 5.4 多維泰勒網(wǎng)控制分析64-65
• 5.4.1 控制結果分析64
• 5.4.2 多維泰勒網(wǎng)控制方法評估64-65
• 5.5 本章小結65-67
• 第六章 系統(tǒng)仿真平臺設計67-91
• 6.1 仿真技術簡介67-70
• 6.1.1 仿真軟件簡介67-68
• 6.1.2 Simulink圖形仿真68-69
• 6.1.3 M文件69
• 6.1.4 GUI圖形用戶界面69-70
• 6.2 仿真平臺的框架結構70-71
• 6.3 仿真平臺的登錄和參數(shù)初始化71-74
• 6.3.1 登錄操作71-73
• 6.3.2 參數(shù)初始化73-74
• 6.4 系統(tǒng)各控制器設計74-76
• 6.4.1 PID控制器線性設計74-75
• 6.4.2 滑�？刂破鞣蔷�性設計75-76
• 6.4.3 多維泰勒網(wǎng)控制器非線性設計76
• 6.5 系統(tǒng)對比仿真實驗設計76-89
• 6.5.1 海浪干擾的仿真模型76-77
• 6.5.2 無控制器仿真實驗77
• 6.5.3 精確計算仿真實驗77-89
• 6.6 本章小結89-91
• 第七章 總結與展望91-95
• 7.1 本文工作內容與結果總結91-92
• 7.1.1 工作總結91-92
• 7.1.2 結果總結92
• 7.2 下一步工作展望92-95
• 致謝95-97
• 參考文獻97-101
• 發(fā)表論文列表101

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 田軍;;舵鰭聯(lián)合控制參數(shù)優(yōu)化及仿真[J];自動化技術與應用;2015年07期

2 林屹;嚴洪森;周博;;基于多維泰勒網(wǎng)的自適應混沌時間序列多步預測[J];東南大學學報(自然科學版);2015年02期

3 吳俊鵬;王猛;;船舶航向變結構控制器的設計與仿真[J];自動化與儀表;2014年12期

4 林屹;嚴洪森;周博;;基于多維泰勒網(wǎng)的非線性時間序列預測方法及其應用[J];控制與決策;2014年05期

5 周博;嚴洪森;;基于動力學特性聚類多維泰勒網(wǎng)的非線性系統(tǒng)辨識與預測[J];控制與決策;2014年01期

6 周博;嚴洪森;;基于小波和多維泰勒網(wǎng)動力學模型的金融時間序列預測[J];系統(tǒng)工程理論與實踐;2013年10期

7 高潔;;基于PID的船舶航向控制[J];南通航運職業(yè)技術學院學報;2013年02期

8 朱洪華;黃永華;;基于遺傳算法的減搖鰭PID控制器優(yōu)化[J];電腦知識與技術;2011年11期

9 金鴻章;王帆;;低舵速下具有能量優(yōu)化的舵鰭聯(lián)合減搖研究[J];兵工學報;2009年07期

10 劉彥文;劉勝;王毅;;船舶舵減搖的H_∞控制設計[J];電機與控制學報;2009年01期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 張建旭;巡航導彈飛行軌跡控制研究與仿真[D];東南大學;2015年

2 李棟良;船舶舵/鰭聯(lián)合減搖的魯棒控制系統(tǒng)設計[D];哈爾濱工程大學;2013年

3 王棟宇;舵鰭聯(lián)合控制對船舶回轉特性的影響研究[D];哈爾濱工程大學;2013年

4 陶芬;減搖鰭系統(tǒng)自適應反演滑�？刂频难芯縖D];重慶大學;2012年

5 徐光;魯棒控制在操舵系統(tǒng)中的應用研究[D];哈爾濱工程大學;2007年

6 賀彥峰;升力反饋減搖鰭及減搖鰭變結構控制方法研究[D];哈爾濱工程大學;2002年

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本文編號：1019754