隨著不斷對海洋資源的開發(fā)與利用,各國之間大宗貨物貿(mào)易大多依靠于船舶運輸。由于外界環(huán)境的不確定性因素和船舶大型化發(fā)展的現(xiàn)狀,在充分保障船舶運輸?shù)慕?jīng)濟與安全性的目的下,對于船舶航行的智能化水平,人們逐漸提出了新的期望與要求。近些年,智能算法的出現(xiàn)解決很多的控制上的難題,但由于實踐對于理論的滯后性,現(xiàn)在的船舶大多還是使用PID自動舵,但PID自動舵無論在控制精度還是魯棒性方面,效果都不是很理想。因此,對智能控制算法的深入研究并加快智能舵的使用顯得很有必要。本文從船舶操縱和控制理論出發(fā),主要針對操舵系統(tǒng)的舵機時滯問題,設計時滯補償?shù)暮较蚩刂葡到y(tǒng)。在對船舶運動控制系統(tǒng)的原理和組成結(jié)構進行分析后,建立一階Nomoto非線性響應型船舶運動模型和帶有時滯時間的舵機傳遞函數(shù)方程。為了解決舵機系統(tǒng)因存在時滯問題而產(chǎn)生的不利影響,改善航向控制器在各方面指標上的控制性能,選用了可以有效改善時滯問題的Smith預估控制算法,通過對系統(tǒng)中的滯后部分進行補償處理從而來提高控制器的控制品質(zhì)。同時為了進一步改善傳統(tǒng)Smith預估控制器對模型失配情況下控制品質(zhì)減弱甚至失效的缺點,在C.C.Hang對傳統(tǒng)Smith預估控制... 

【文章來源】：大連海事大學遼寧省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：56 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．２三角形隸屬函數(shù)??

基于改進型Ｓｍｉｔｈ預估模糊ＰＩＤ的航向控制研究??１２?－??１０?■?????????????＜．?：??４?－?????Ｓｍｉｌｈ－Ｆｕ／ｖｙ?ＰＩＩ）??２－?Ｐ，Ｄ??Ｆｕｚｚｙ?ＰＩＤ??０??１?１?１?１?１?１?１???０?５?１０?１５?２０?２５?３０?３５?４０??ｔ／Ｓ??圖４．３模型匹配時系統(tǒng)響應圖??Ｆｉｇ．?４．３?Ｓｙｓｔｅｍ?ｒｅｓｐｏｎｓｅ?ｇｒａｐｈ?ｗｈｅｎ?ｍｏｄｅｌ?ｍａｔｃｈｅｓ??圖４．３給出了在ＰＩＤ、ＦｕｚｚｙＰＩＤ、改進型Ｓｍｉｔｈ－ＦｕｚｚｙＰＩＤ三種控制器控制下??的系統(tǒng)響應特性仿真結(jié)果：不難看出，當系統(tǒng)模型參數(shù)完全匹配時，三種控制曲線??上升時間分別是９．５ｓ、９．５ｓ、７．５ｓ；調(diào)節(jié)時間及超調(diào)分別為２７ｓ、２４ｓ、７．５ｓ和３５％、??２２°／。、０％。因此可以看出：當模型參數(shù)完全匹配時，改進型Ｓｍｉｔｈ－ＦｕｚｚｙＰＩＤ控制??器僅用了?７．５ｓ就達到了命令要求，而且基本沒有產(chǎn)生超調(diào)，可以精確地跟蹤輸入??信號，相比另兩種控制算法，改進型Ｓｍｉｔｈ－ＦｕｚｚｙＰＩＤ控制可以很大程度地上地改??善時滯項帶來的不良影響。??４．２．２模型失配時的仿真??（１）時滯時間發(fā)生變化??①當時滯時間ｒ減小２０％，由３．４減小到２．７２時，系統(tǒng)的響應圖如圖４．４所示：??Ｉ?＿??ｉ〇?－?＊??——???????４?＂?｜?????Ｉ?■?Ｓｍｉｔｂ－Ｆｕｚｚ％＇?ＰＩＵ??１?－－－－ＰＩＤ??２?－?｜?Ｆｕ／ｊｒ＞－ＰＩＤ?－｜??｜?—

基于改進型Ｓｍｉｔｈ預估模糊ＰＩＤ的航向控制研究??１２?－??１０?■?????????????＜．?：??４?－?????Ｓｍｉｌｈ－Ｆｕ／ｖｙ?ＰＩＩ）??２－?Ｐ，Ｄ??Ｆｕｚｚｙ?ＰＩＤ??０??１?１?１?１?１?１?１???０?５?１０?１５?２０?２５?３０?３５?４０??ｔ／Ｓ??圖４．３模型匹配時系統(tǒng)響應圖??Ｆｉｇ．?４．３?Ｓｙｓｔｅｍ?ｒｅｓｐｏｎｓｅ?ｇｒａｐｈ?ｗｈｅｎ?ｍｏｄｅｌ?ｍａｔｃｈｅｓ??圖４．３給出了在ＰＩＤ、ＦｕｚｚｙＰＩＤ、改進型Ｓｍｉｔｈ－ＦｕｚｚｙＰＩＤ三種控制器控制下??的系統(tǒng)響應特性仿真結(jié)果：不難看出，當系統(tǒng)模型參數(shù)完全匹配時，三種控制曲線??上升時間分別是９．５ｓ、９．５ｓ、７．５ｓ；調(diào)節(jié)時間及超調(diào)分別為２７ｓ、２４ｓ、７．５ｓ和３５％、??２２°／。、０％。因此可以看出：當模型參數(shù)完全匹配時，改進型Ｓｍｉｔｈ－ＦｕｚｚｙＰＩＤ控制??器僅用了?７．５ｓ就達到了命令要求，而且基本沒有產(chǎn)生超調(diào)，可以精確地跟蹤輸入??信號，相比另兩種控制算法，改進型Ｓｍｉｔｈ－ＦｕｚｚｙＰＩＤ控制可以很大程度地上地改??善時滯項帶來的不良影響。??４．２．２模型失配時的仿真??（１）時滯時間發(fā)生變化??①當時滯時間ｒ減�。玻埃�，由３．４減小到２．７２時，系統(tǒng)的響應圖如圖４．４所示：??Ｉ?＿??ｉ〇?－?＊??——???????４?＂?｜?????Ｉ?■?Ｓｍｉｔｂ－Ｆｕｚｚ％＇?ＰＩＵ??１?－－－－ＰＩＤ??２?－?｜?Ｆｕ／ｊｒ＞－ＰＩＤ?－｜??｜?—

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Smith預估器的改進及在溫度控制系統(tǒng)中的應用[J]. 曹學海,于敏,邱國鵬.  山西能源學院學報. 2020(01)
[2]船舶航向模糊控制器優(yōu)化設計及仿真[J]. 甘浪雄,鄧巍,周春輝,程小東.  武漢理工大學學報(交通科學與工程版). 2019(03)
[3]船舶航向非線性離散系統(tǒng)自適應模糊最優(yōu)控制[J]. 朱麗燕,李鐵山,單麒赫.  哈爾濱工程大學學報. 2019(09)
[4]基于減聚類-自適應神經(jīng)模糊推理的船舶航向保持控制設計[J]. 陳桂妹,苗保彬.  船舶工程. 2019(04)
[5]基于史密斯預估控制理論的船舶航向控制器研究[J]. 周潔,張楠,奚茂龍.  艦船科學技術. 2018(24)
[6]基于改進模糊控制的潛艇運動仿真研究[J]. 黃斌,彭利坤,呂幫俊.  武漢理工大學學報(交通科學與工程版). 2018(03)
[7]基于自適應模糊控制的船舶航向控制研究[J]. 陳會平.  艦船科學技術. 2017(10)
[8]一種改進型Smith預估算法的風電機組變槳控制器[J]. 梁達平,堅德毅,馬志鑫,張文海.  電氣傳動自動化. 2016(06)
[9]模糊最優(yōu)化算法在船舶控制中的應用研究[J]. 張軍,彭海云.  艦船科學技術. 2016(02)
[10]無人動力傘自適應ADRC-Smith航向控制方法研究[J]. 齊曉慧,王雅平,蘇立軍.  飛行力學. 2015(02)

碩士論文
[1]基于Smith預估器的模糊PID溫度控制算法研究[D]. 張連會.哈爾濱工業(yè)大學 2012
[2]基于Smith預估器的模糊PID控制在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應用[D]. 楊珂.南華大學 2010



本文編號：3316264