模糊PID控制方法在船舶动力定位系统中的应用研究

摘要

海洋的开发离不开船舶工业的发展，动力定位技术作为其关键技术之一，开始受到越来越多的重视。国外动力定位技术已相对成熟，各大动力定位厂商和研究机构开发了许多功能强大的动力定位产品，其核心动力定位控制器也出现了很多新特点。
　　 本文针对控制领域内几种常用的控制算法，分别就PID控制、模糊控制和模糊PID控制进行了理论介绍，简要介绍了他们的设计方法，详细分析了这几种控制方式的原理。
　　 针对海洋工作船舶，推导出了船舶三自由度运动模型，并根据船舶控制的特点，对模糊自整定PID控制器进行了详细的设计。
　　 针对船舶三自由度运动模型，分别以PID控制、模糊控制、模糊PID控制等几种方式进行了仿真，仿真结果表明，与传统PID控制方式相比，智能控制方式精度更高，效果更好。
　　 针对实验室某动力定位系统项目的实际需求，进行了船舶动力定位控制器的硬件结构和软件流程进行了介绍。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题的目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的主要工作

第2章 PID控制算法和模糊控制算法的理论基础

2．1 常规PID控制基本理论

2．2 模糊控制基本理论

2．2．1 模糊控制的特点

2．2．2 模糊控制器的结构

2．2．3 模糊控制器的设计

2．3 模糊PID控制算法的研究

2．3．1 模糊控制器的局限

2．3．2 模糊控制的改善方法

2．4 本章小结

第3章 参数自整定PID在船舶动力定位系统中的应用

3．1 动力定位的结构

3．2 船舶三自由度数学模型

3．2．1 基本表达式

3．2．2 坐标系转换

3．2．3 船舶水动力和力矩

3．2．4 三自由度运动模型

3．3 船舶动力定位系统参数自整定PID控制器设计

3．3．1 控制结构图

3．3．2 模糊自适应PID控制器设计

3．3．3 输入输出变量模糊化接口设计

3．3．4 模糊语言变量语言值隶属函数

3．3．5 模糊规则算法设计

3．4 本章小结

第4章 基于MATLAB的船舶动力定位系统的仿真研究

4．1 MATLAB仿真环境在控制系统中的应用

4．2 经典PID控制仿真

4．3 模糊控制模型仿真

4．4 模糊自整定PID控制仿真

4．5 仿真结果比较

4．6 基于模糊的分段控制仿真

4．7 本章小结

第5章 船舶动力定位系统远程控制器设计

5．1 船舶动力定位系统的结构

5．2 远程控制器的功能

5．3 远程控制器软件流程

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献