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基于模糊PID控制的船舶摇摆仿真平台研究
| 论文题名： | 基于模糊PID控制的船舶摇摆仿真平台研究 |
| 关键词： | 船舶摇摆;运动模型;模糊PID控制;仿真平台 |
| 摘要： | 船舶在航行过程中必然会受到风、浪、流等外界因素的干扰，从而引起明显的摇荡运动。船舶的摇荡会对船舶的航行稳性和船员的生命安全带来隐患，损坏货物，降低舰船武器的精准性等。因此，需要对船舶的摇荡运动控制进行深入研究，尤其是船舶的横摇与纵摇运动。对船舶运动控制的研究，首先需要研究船舶的摇荡运动规律。采用实船试验的方法虽然能获得较好的效果，但需花费大量的人力与物力，而船舶运动仿真平台很好地解决了这些难题。 基于项目研究的需要，机电一体化实验室搭建了一套船舶综合液压推进试验系统，其中的船体模拟系统可以实现对船舶二自由度摇摆运动的仿真。目前，该摇摆仿真平台仅能以简单正弦曲线或几个叠加的正弦波作为船舶的摇摆模型进行仿真，尚未实现对船舶在不同海况下摇摆运动的模拟。此外，该仿真平台的控制系统采用的控制方式为传统PID控制，平台的仿真精度仍有改善的空间。因此，本文以船舶摇摆幅度更剧烈的横摇运动作为研究重点，从平台的仿真模型和控制方式两方面，对现有的摇摆平台进行改进和完善。 本文首先对海浪基本理论进行分析与研究，借助海浪的波幅模型和波倾角模型，通过对船舶在海浪中的受力进行分析，建立Conolly船舶横摇运动模型。并利用MATLAB软件，针对某条给定参数的船舶，对得到的船舶横摇运动模型进行仿真，将得到的仿真结果作为摇摆平台横摇仿真运动的设定值。 文中第三章首先对船舶摇摆仿真平台的机械、液压和原控制系统进行简要概述，并完成模糊PID控制器的设计，为后面模糊PID控制的PLC编程实现打下基础。 然后，借助STEP7编程软件，在原控制程序的基础上，对其进行重新编写和完善，将前面得到的船舶横摇仿真结果与模糊PID控制器通过模块化编程，在PLC控制系统中得到实现。 最后，通过在摇摆仿真平台上进行大量的仿真试验，对控制程序作进一步调整，最终实现基于模糊PID控制方式的摇摆平台对不同海况下船舶横摇运动的仿真。并将模糊PID控制下的平台仿真效果与PID控制下的仿真效果进行对比，对控制效果进行评价。仿真结果表明，与PID控制效果相比，模糊PID控制模式下的超调量和误差值在一定程度上有所减小，控制效果有一定的改善，并且随着海况等级的增大，改善效果越明显。 |
| 作者： | 张斌斌 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 陈海泉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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