船舶气动式抗横倾装置自动控制系统控制策略的研究

摘要

横倾会给船舶的操纵性、安全性和经济性带来极大的危害，对于那些特殊的船舶，如火车轮渡船、重型起重船、大型集装箱船等安装高效的抗横倾装置是十分必要的。
　　 传统的抗横倾装置，如阀门切换式和水泵驱动式，由于受水泵排量及泵的启动与换向时间的限制，响应速度慢，横倾补偿率低，很难满足那些特殊船舶的需要。气动式抗横倾装置具有快速性、高效性和可靠性等优点，能够及时纠正船舶的横倾，使船舶迅速达到正浮状态。
　　 目前，我国尚无自行生产气动式抗横倾装置的能力，对这方面的研究还很少，仅对气动式抗横倾装置的基本组成和工作原理有一定的研究，但是对其核心控制系统的控制策略和实现方法还知之甚少。本文针对这种情况，对气动式抗横倾装置的控制策略进行了深入研究，主要完成了如下工作：
　　 首先，分析了船舶气动式抗横倾装置的基本结构及工作原理，并从静力学和动力学两方面对船舶横倾运动进行了分析，建立了“船舶-气动式抗横倾装置”系统的数学模型；然后将PID控制器、模糊控制器及模糊PID控制器的原理运用于气动式抗横倾装置自动控制系统中，应用MATLAB软件对PID控制、纯模糊控制及模糊PID控制系统进行仿真，深入分析系统的控制性能，结果表明模糊PID控制器能很好的满足气动式抗横倾装置自动控制系统的性能要求；最后通过对模糊单片机和数字单片机编程，实现了模糊PID控制在气动式抗横倾装置自动控制系统中的应用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1船舶横倾的危害

1.2选题背景和意义

1.3国内外研究现状

1.4模糊控制技术概述

1.5单片机简介

1.6本文的主要工作

1.6.1研究目标

1.6.2研究内容

第2章船舶气动式抗横倾装置工作原理

2.1几种典型的抗横倾装置简介

2.1.1阀门切换式

2.1.2可逆水泵式

2.2气动式抗横倾装置基本组成

2.3气动式抗横倾装置工作过程

2.4本章小结

第3章船舶横倾运动数学模型的建立

3.1初稳性高度

3.2船舶横倾的静力学分析

3.2.1货物移动对船舶横向浮态的影响

3.2.2货物装卸对船舶横向浮态的影响

3.2.3装卸货物后横倾角计算

3.3船舶横倾的运动学分析

3.3.1船舶坐标系的确定

3.3.2船舶运动方程的建立

3.3.3船舶横倾运动方程的建立

3.4平衡水舱充放气过程分析

3.5本章小结

第4章气动式抗横倾装置控制策略的研究

4.1 PID控制策略分析

4.1.1 PID控制原理

4.1.2 PID控制器的参数整定

4.1.3 PID控制器在气动式抗横倾装置中的应用

4.2模糊控制策略分析

4.2.1模糊控制原理

4.2.2模糊控制器的设计步骤

4.2.3模糊控制器在气动式抗横倾装置中的应用

4.3模糊PID控制策略分析

4.3.1模糊PID控制原理

4.3.2模糊PID控制器在气动式抗横倾装置中的应用

4.4本章小结

第5章气动式抗横倾装置控制策略的仿真研究

5.1 MATLAB软件简介

5.2“船舶-气动式抗横倾装置”系统的传递函数

5.3控制系统的性能指标

5.4 PID控制的仿真

5.4.1 PID控制器初始参数的确定

5.4.2 PID控制仿真分析

5.5模糊控制的仿真

5.5.1构建fuzzy logic controller

5.5.2模糊控制仿真分析

5.6模糊PID控制的仿真

5.6.1构建fuzzy logic controller

5.6.2模糊PID控制仿真分析

5.7仿真综合分析

5.8本章小结

第6章自动控制策略的实现

6.1 PID算法的离散化

6.2模糊控制器的工作原理

6.3电路示意图

6.4程序编写

6.4.1单片机程序编写

6.4.2模糊控制器程序编写

6.5本章小结

结 论

参考文献

附录A离散化PID程序

致 谢

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