船舶運動智能PID控制研究.pdf

1、自動舵是船舶操縱控制系統(tǒng)中至關重要的設備，是船舶操縱性能好壞的標志。它一直是船舶運動控制領域內的重要研究課題之一，許多專家學者一直在致力于該方向的研究工作。傳統(tǒng)的PID自動舵缺乏對船舶動態(tài)特性及海況的適應能力，并且依賴于精確的數(shù)學模型，而模糊控制不苛求被控對象具有準確的數(shù)學模型，對系統(tǒng)模型參數(shù)的變化有較強的適應能力，有望解決傳統(tǒng)PID控制的弊端。本文的工作就是基于這樣的背景開展起來的。 早期的控制方法為Bang—Bang控制、P

2、ID控制，而后為自適應控制、最優(yōu)控制、魯棒控制、非線性控制，到現(xiàn)在研究的智能控制。這些控制方法都應用到船舶航向控制的研究中，并已形成了PID自動舵、自適應自動舵等產品，但由于船舶運動的復雜性，船舶的動態(tài)特性具有大慣性、大時滯、非線性等特點，航速及裝載變化產生了模型的參數(shù)攝動；航行中海風對船舶動態(tài)產生偏置力和附加動力、海流產生船位的漂移、海浪造成船舷向角的附加高頻振動和低頻漂移，以及航行條件的變化、環(huán)境參數(shù)的嚴重干擾和測量的不精確性等都使

3、船舶動態(tài)產生不確定性，而傳統(tǒng)的自適應控制等控制方法無法有效控制未建模動態(tài)系統(tǒng)，從而影響了自適應舵的控制效果。為了解決上述問題，需要進一步將智能控制技術引入自動舵的技術中，研究混合型的智能自動舵，本文采用了將PID與模糊控制相結合的方法，以適應船舶運動控制的要求。 首先對船舶操縱控制技術和智能自適應控制技術發(fā)展現(xiàn)狀以及PID控制器參數(shù)整定方法的概況進行了綜述。在分析了船舶操縱運動的動力學方程的基礎上，建立了船舶航向控制的線性和非線

4、性數(shù)學模型以及風、浪、流的干擾模型。簡單介紹了船舶航向控制的基本原理，同時研究傳統(tǒng)的PID自動舵的數(shù)學模型及設計過程。在分析了傳統(tǒng)自動舵控制缺陷的基礎上，為使船舶能在不同狀態(tài)和環(huán)境下按所希望的要求改變船舶航向，提出了一種基于模糊控制的自適應算法。首先討論了模糊控制的基本思想和基本理論，在此基礎上分析了船舶航向控制這種特殊的被控對象的特性，從而提出了船舶航向的模糊控制技術，設計了船舶航向模糊控制系統(tǒng)，這也是進一步設計其它高性能模糊控制器的