模糊自整定PID航向控制算法優(yōu)化及應用.pdf

1、船舶自動舵的產(chǎn)生不僅有效降低了駕駛員操舵的工作量，而且為船舶航行安全帶來更大保障。我校研發(fā)的船舶智能操控(SIHC)仿真平臺集成了模糊自整定PID(以下簡稱FSTPID)航向控制算法，為船舶智能避碰決策算法研究的自動避碰實施監(jiān)控仿真發(fā)揮了積極的作用。但研究發(fā)現(xiàn)算法的品質(zhì)會影響測試的效果，本文針對FSTPID航向控制算法對不同類型船模存在的適應性問題，圍繞提高算法的適應性及其在特種船自動控制的應用，主要做了如下研究工作:
　　(1)

2、不同類型船舶一階響應模型的構(gòu)建。為了實現(xiàn)船舶運動的仿真，方便測試航向自動控制算法對不同類型船舶的適應性，采用簡易K、T計算方法，獲得不同類型船舶典型自動避讓操舵角作用下的K、T值;借助MATLAB仿真軟件，實現(xiàn)了不同類型船舶一階響應型船模的構(gòu)建，為本文船舶仿真測試提供模型基礎(chǔ)。
　　(2) FSTPID航向控制算法優(yōu)化。在闡述PID控制器初始值優(yōu)化原理的基礎(chǔ)上，剖析原有FSTPID航向控制算法適應性問題產(chǎn)生的主要原因;針對20°操

3、舵角的K、T值由10°舵角經(jīng)驗公式計算的K、T值替代對PID初始值優(yōu)化效果產(chǎn)生的影響，20°操舵角的K、T值取自簡易K、T辨識計算結(jié)果;參考不同系統(tǒng)阻尼系數(shù)ξ對二階系統(tǒng)控制性能的影響規(guī)律，采用仿真實驗方法及優(yōu)化的航向跟蹤加權(quán)綜合評判法，設(shè)計不同類型船舶ξ值的選擇優(yōu)化策略;通過改善K、T值精度及選擇合理的ξ值，改善FSPID初始值的優(yōu)化效果，實現(xiàn)了航向控制算法的優(yōu)化。
　　(3)改進型FSTPID控航向制算法集成及仿真驗證。將優(yōu)化后

4、的算法集成到SIHC仿真平臺，開展算法的性能測試與分析，驗證算法優(yōu)化的結(jié)果。仿真結(jié)果表明:改進型FSTPID航向控制算法改善了不同類型實驗船模的航向跟蹤性能，提高了算法對不同船型的適應性。
　　(4)改進型FSTPID航向控制算法在汽渡輪航向自動控制的初步應用探討。針對汽渡輪的操縱特點，基于已構(gòu)建的對角分布全旋回汽渡輪MMG模型，通過Z型實驗獲取的K、T值建立KT響應模型;借助MATLAB仿真實驗方法初步驗證了兩種模型等效性;選取