基于自适应神经模糊系统的船舶航向控制

摘要

本文对自适应神经模糊系统(ANFIS)控制算法及其在船舶航向控制中的应用进行了系统研究。 首先研究了船舶运动数学模型，以及包括风，流，浪和非线性力作用在船舶上的外界干扰力和力矩的计算模型。并针对船舶线性模型，在讨论了模型参考自适应控制理论的基础上，设计了模型参考自适应自动舵，并利用。Matlab的Simulink环境对其进行了仿真。 传统的MRAC只能用于结构已知参数时变的线性系统，局限性较大。由于船舶运动具有非线性、滞后等特点，加上外界干扰的复杂性使得船舶运动具有不确定性。针对船舶航向非线性不确定系统，利用自适应神经模糊的控制算法(ANFIS)，将模糊逻辑和神经网络适当地结合起来，既可以表达模糊语言变量，又具有学习功能。通过ANN的学习功能使FIS中出现的参数得以优化并能自动产生模糊规则。在对ANFIS的原理和算法介绍基础之上，讨论了ANFIS控制器的实现方法，并将ANFIS控制器应用到船舶航向非线性系统中，仿真结果证明该方法十分有效。 将此算法在不同外界条件下，如在风干扰时，在不同载运状态下进行仿真，仿真结果表明该算法的控制效果显著，并与常规模型参考自适应算法的控制结果进行了比较，证明ANFIS算法的性能优越于传统模型参考自适应控制算法的性能。

目录

文摘

英文文摘

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第1章 绪论

1.1课题提出

1.2船舶航向自动舵设计历史和发展方向

1.2.1机械式自动舵

1.2.2 PID自动舵

1.2.3自适应自动舵

1.2.4人工智能自动舵

1.3自适应神经模糊推理(ANFIS)控制

1.4本文所做的工作

第2章 船舶运动数学模型

2.1船舶操纵运动方程

2.1.1坐标系与运动学变量

2.1.2船舶操纵运动方程的建立

2.1.3螺旋桨及主机特性计算模型

2.1.4舵力及舵级特性计算模型

2.2船舶运动的干扰力数学模型

2.2.1风的干扰力数学模型

2.2.2波浪干扰力数学模型

2.2.3流的干扰力数学模型

2.3船舶航向控制系统数学模型

2.3.1航向控制系统数学模型的建立

2.3.2外界干扰下的船舶航向控制系统数学模型

第3章 船舶航向模型参考自适应自动舵设计

3.1模型参考自适应控制基本理论

3.1.1模型参考自适应控制的发展

3.1.2模型参考自适应控制的结构形式

3.1.3模型参考自适应控制中参考模型的选取原则

3.2模型参考自适应控制在船舶航向控制中的应用

3.2.1模型参考自适应自动舵设计

3.2.2仿真实例

第4章 自适应神经模糊系统(ANFIS)的研究

4.1模糊逻辑和神经网络

4.2模糊控制

4.2.1模糊控制的原理

4.2.2模糊控制器的组成

4.2.3模糊控制器的设计

4.3自适应神经模糊推理系统ANFIS

4.3.1 ANFIS的结构

4.3.2 ANFIS的学习算法

第5章 船舶航向自适应神经模糊控制(ANFIS)实现及仿真

5.1 ANFIS自动舵控制器的实现

5.1.1 ANFIS自动舵控制算法程序设计

5.1.2利用MATLAB工具箱实现ANFIS控制器

5.2仿真结果比较分析

5.2.1无外界干扰、满载、全速时仿真结果比较

5.2.2风干扰状况下的仿真结果及比较

5.2.3半速情况下的仿真结果比较

5.2.4不同装载情况下的仿真结果比较

5.3小结

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表的论文

致谢

研究生履历