自适应控制报告.docx

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1、自适应控制在船舶航向控制中的应用自动化1103臧凯0704110318船舶操纵是一个极为复杂的控制过程由于船舶动态具有大惯性时滞、非线性等特点，船在航行中又易受风、浪、流等环境因素的影响使得船舶航迹控制成为一个含有干扰项的非线性控制问题。基于自适应模糊模型的船舶航迹跟踪控制器的设计，可以满足当今对船舶优化控制性能的要求。1系统描述1.1自适应模糊控制操舵系统图1自适应模糊控制操舵系统框图图2船舶平面运动坐标系从图1可以看出：该控制系统由自适应模糊机构、舵机伺服系统、船舶、干扰和必要的传感器组成。该操舵系统是将自适应机构通过模糊算法来实现。图1中：为给定航向；为实际航向，和分别为航向误差和控制

2、舵角；和为偏差及其变化率的量化因子。1.2船舶平面运动模型船舶的实际运动异常复杂，在一般情况下具有6个自由度：前进速度u、横漂速度v、起伏速度、首摇角速度r、横摇角速度p、纵摇角速度q。在惯性坐标系内考察，船舶运动可以用它的3个空间位置x，y和z以及3个姿态角即首摇角、横摇角、纵摇角来描述。数学模型是实际系统的简化，太复杂和精细的模型不便于分析。本文只研究船舶航迹跟踪问题，所以可以忽略起伏运动、横摇运动及纵摇运动，而只需讨论前进运动、横漂运动和首摇运动，这样就简化成一种只有3个自由度的平面运动问题。船舶平面运动坐标系如图2所示，其中：轴取为船纵轴，以指向船首为正；轴与纵剖面垂直，以指向右舷为

3、正；轴垂直于水线面，这样就组成一个固结在船体上的右手坐标系。根据表达线性和角动量守恒定理，得到描述船舶在水平面的纵荡、横荡和船摇运动方程式：1.3参考模型在航向跟踪控制中，希望用期望航向代替航向变化的设定参考信号，因2此应用模型参考技术。建立的模型：式中：和是描述闭环系统行为的设计参数；为设定航向变化的指令信号；为期望航向的光滑参考轨迹。不管参考首向角的幅值改变多大，参考模型的动态特性均与动态船舶相匹配。1.4舵机伺服系统舵机伺服系统包2个电动液压转向子系统：液压转动伺服操作系统和方向舵伺服执行器。舵机伺服系统的输入来源于自动驾驶仪，称为控制方向偏向角，输出是实际船舵角。2船舶航迹控制器设计

4、用模糊集理论设计的自适应机构，只要根据系统的模糊信息，用模糊条件语句写出控制规则，就能求出较合理的控制作用。此外，模糊算法比较简单，便于联机实时控制，提供了一种实现自适应控制的方法。模型参考自适应模糊控制是将自适应机构通过模糊算法来实现如图1所示。图中k1和k2为可调参数。设计模型参考自适应模糊控制器的关键在于设计模糊自适应机构，即首先将精确量模糊化，其次通过模糊运算，最后由模糊判决给出修正量。2