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模糊自整定PID航向控制算法优化及应用
| 论文题名： | 模糊自整定PID航向控制算法优化及应用 |
| 关键词： | 航向控制;模糊自整定PID;操纵性指数;阻尼系数;船舶自动舵 |
| 摘要： | 船舶自动舵的产生不仅有效降低了驾驶员操舵的工作量，而且为船舶航行安全带来更大保障。我校研发的船舶智能操控(SIHC)仿真平台集成了模糊自整定PID(以下简称FSTPID)航向控制算法，为船舶智能避碰决策算法研究的自动避碰实施监控仿真发挥了积极的作用。但研究发现算法的品质会影响测试的效果，本文针对FSTPID航向控制算法对不同类型船模存在的适应性问题，围绕提高算法的适应性及其在特种船自动控制的应用，主要做了如下研究工作: (1)不同类型船舶一阶响应模型的构建。为了实现船舶运动的仿真，方便测试航向自动控制算法对不同类型船舶的适应性，采用简易K、T计算方法，获得不同类型船舶典型自动避让操舵角作用下的K、T值;借助MATLAB仿真软件，实现了不同类型船舶一阶响应型船模的构建，为本文船舶仿真测试提供模型基础。 (2) FSTPID航向控制算法优化。在阐述PID控制器初始值优化原理的基础上，剖析原有FSTPID航向控制算法适应性问题产生的主要原因;针对20°操舵角的K、T值由10°舵角经验公式计算的K、T值替代对PID初始值优化效果产生的影响，20°操舵角的K、T值取自简易K、T辨识计算结果;参考不同系统阻尼系数ξ对二阶系统控制性能的影响规律，采用仿真实验方法及优化的航向跟踪加权综合评判法，设计不同类型船舶ξ值的选择优化策略;通过改善K、T值精度及选择合理的ξ值，改善FSPID初始值的优化效果，实现了航向控制算法的优化。 (3)改进型FSTPID控航向制算法集成及仿真验证。将优化后的算法集成到SIHC仿真平台，开展算法的性能测试与分析，验证算法优化的结果。仿真结果表明:改进型FSTPID航向控制算法改善了不同类型实验船模的航向跟踪性能，提高了算法对不同船型的适应性。 (4)改进型FSTPID航向控制算法在汽渡轮航向自动控制的初步应用探讨。针对汽渡轮的操纵特点，基于已构建的对角分布全旋回汽渡轮MMG模型，通过Z型实验获取的K、T值建立KT响应模型;借助MATLAB仿真实验方法初步验证了两种模型等效性;选取汽渡轮航向控制系统合理的阻尼系数，进一步完善改进型FSTPID控制算法。仿真结果表明:初步验证了FSTPID航向控制算法在汽渡轮航向自动控制应用的可行性。 |
| 作者： | 郑木坤 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 李丽娜;徐力 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 集美大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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