模糊自整定PID航向控制算法優(yōu)化及應(yīng)用.pdf

1、船舶自動(dòng)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(tái)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(dòng)避碰實(shí)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(huì)影響測試的效果，本文針對(duì)FSTPID航向控制算法對(duì)不同類型船模存在的適應(yīng)性問題，圍繞提高算法的適應(yīng)性及其在特種船自動(dòng)控制的應(yīng)用，主要做了如下研究工作:
　　(1)

2、不同類型船舶一階響應(yīng)模型的構(gòu)建。為了實(shí)現(xiàn)船舶運(yùn)動(dòng)的仿真，方便測試航向自動(dòng)控制算法對(duì)不同類型船舶的適應(yīng)性，采用簡易K、T計(jì)算方法，獲得不同類型船舶典型自動(dòng)避讓操舵角作用下的K、T值;借助MATLAB仿真軟件，實(shí)現(xiàn)了不同類型船舶一階響應(yīng)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(yīng)性問題產(chǎn)生的主要原因;針對(duì)20°操

3、舵角的K、T值由10°舵角經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的K、T值替代對(duì)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(shí)計(jì)算結(jié)果;參考不同系統(tǒng)阻尼系數(shù)ξ對(duì)二階系統(tǒng)控制性能的影響規(guī)律，采用仿真實(shí)驗(yàn)方法及優(yōu)化的航向跟蹤加權(quán)綜合評(píng)判法，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了航向控制算法的優(yōu)化。
　　(3)改進(jìn)型FSTPID控航向制算法集成及仿真驗(yàn)證。將優(yōu)化后

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