基于云模型自适应算法的船舶航向控制

摘要

自动舵是船舶航向控制系统的简称，是船舶在航行中一个不可或缺的组成部分，拥有一个高性能的自动舵能使船舶在航行过程中减轻操作人员的工作强度，降低航行成本，提高航行的经济性和可靠性。船舶航向控制主要是依靠自动舵来完成的。目前，大部分控制器仍采用确定的数学模型，但是在复杂海况下难以达到控制需求。
　　本文在传统PID控制的基础上，采用了PID、云模型和自适应结合的控制手段对船舶控制系统进行了研究，并分别在有干扰和无干扰的情况下对船舶控制系统进行了仿真分析，仿真结果说明该控制器超调小，响应快，没有稳态误差，抗干扰能力强，能很好地解决非线性问题，达到了控制性能指标。
　　本文首先对船舶航向控制系统的基本原理、研究背景，国内外的发展现状及研究成果进行了简单的介绍，然后推导了船舶航向控制系统的二阶野本线性数学模型和非线性模型。其次，在模糊理论的基础上主要对云模型算法进行了研究，主要包括一维云模型的映射关系和二维云模型的映射关系，以及正向云发生器和逆向云发生器算法，最后以模糊自适应理论为基础，将云模型理论与自适应理论进行结合，对PID的三个参数进行实时调整，以船舶航向的偏差作为控制系统输入，以舵角为控制系统输出，对系统进行仿真分析。
　　云模型控制器是一种将模糊控制与概率论合为一体的新型智能控制算法，目前在船舶航向控制中的研究还比较少，本文通过 MATLAB仿真，采用云模型算法与 PID控制和自适应手段进行结合，与之前人们采用的PID模糊自适应以及传统的PID控制手段进行比较，由仿真结果可以看出云模型控制器具有响应快、超调小、抗干扰能力强等优势。本论文的仿真结果和分析为今后从事这方面的工作打下了一定的基础。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1引言

1.2船舶航向控制的基本原理

1.3船舶航向控制的发展及现状

1.4云模型发展历史

1.5 本文主要研究内容

第2章 船舶航向数学模型

2.1 船舶航向控制概述

2.2 船舶运动分析中的坐标系

2.3 船舶航向控制数学模型的推导

2.4 船舶运动干扰的数学模型

2.5 本章小结

第3章 船舶航向控制理论

3.1 模糊控制理论

3.2 云模型理论

3.3 模糊自适应控制器

3.4 本章小结

第4章 船舶航向控制系统的仿真与分析

4.1 船舶航向PID控制系统的仿真与分析

4.2 船舶航向模糊控制系统的仿真与分析

4.3 船舶航向的模糊自适应PID控制的仿真与分析

4.4船舶航向的云模型控制器的仿真与分析

4.5 本章小结

总结与展望

本文的工作总结

展望与不足

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢