船舶模糊航迹保持控制器的进一步完善

摘要

为了解决船舶航迹转向“视线”(Line of Sight，LOS)制导算法与航海实践脱钩及模糊航迹保持控制器大角度转向性能较差的难题，本文改进了LOS制导算法，针对大角度转向提出转向策略，以模糊控制为控制策略，设计出了控制性能好、动舵频度低、抗干扰能力强的航迹保持控制系统。
　　N.Khaled改进后的LOS制导算法，从控制效果看已经能够使船舶航迹稳定趋近设定航线。由于其提前转向距离是一个定值，对于船舶大角度转向，控制系统不能够给出适当的提前量。肖岐奎经过大量仿真试验，总结出了一个新提前转向距离，此转向距离能够使控制系统基本完成航迹保持控制任务，但仍需完善。
　　本文基于航海实践考虑，提出与船舶操纵性指数K，T，船舶速度以及转向角密切相关的提前转向距离，并将之应用到LOS制导算法中，使制导算法适应更多船型的转向特点。经大量MATLAB仿真试验，发现改进LOS制导算法后，船舶在大角度转向时依然存在外飘现象。针对此问题，本文提出新的转向策略，在大角度转向时由两个虚拟转向点构成虚拟航路段，以虚拟转向点及虚拟航路段引导船舶完成转向任务。
　　仿真结果表明，通过以上两方面的改进，最终模糊航迹保持控制系统具有航迹跟踪误差小、大角度转向时外飘大幅减小、船舶舵角的幅值低等特性。
　　最后基于VISUAL BASIC6.0编程语言，实现了仿真船舶运动状态再现，模拟船舶海上航行情况。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景及意义

1．2 模糊航迹保持控制的理论意义

1．3 国内外研究现状及发展趋势

1．4 论文的主要工作及内容

第2章 基础理论

2．1 模糊控制理论基础

2．1．1 模糊集合的定义

2．1．2 模糊集合的隶属度函数

2．1．3 模糊控制器的结构

2．2 LOS算法原理

2．3 船舶回转运动的三个阶段及速降

2．3．1 船舶回转运动

2．3．2 旋回降速的原因

第3章 船舶操纵的平面运动数学模型

3．1 引言

3．2 船舶运动坐标系

3．3 船舶运动学模型

3．4 船舶动力学模型

3．4．1 船舶刚体运动方程

3．4．2 船舶流体动力和力矩

3．4．3 回复力和力矩

3．5 船舶3自由度平面运动数学模型

3．6 外界环境干扰的数学模型

3．6．1 风力(力矩)干扰τWIND

3．6．2 波浪力(力矩)干扰τWAVE的计算

3．6．3 流力(力矩)干扰τCURRENT的计算

第4章 模糊航迹保持控制器的改进

4．1 LOS算法的改进

4．2 转向策略的改进

4．3 仿真试验验证

4．4 仿真船舶运动再现

第5章 结论与展望

参考文献

致谢