模糊PID控制在船舶动力定位系统中的应用.pdf

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1、第37卷第3期2015年3月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．37．No．3Mar．．2015模糊PID控制在船舶动力定位系统中的应用陈珊珊(重庆电子工程职业学院，重庆401331)摘要：根据建立的船舶横荡、纵荡和首摇3种自由度的低频运动模型，并结合模糊控制理论和经典PID控制方法，设计出基于船舰动态过程的PID参数模糊自整定控制器。经过Matlab仿真验证，所设计的智能控制器控制品质高，鲁棒性强，能对船舶进行有效定位。关键词：动力定位系统；模糊控制；PID中图分类号：U664．1文献标识码：A文章编号：1672—764

2、9(2015)03—0119—03doi：10．3404“．issn．1672—7649．2015．03．025ResearchontheappUcationoff．uzzyPIDcontrolintheshipdynamicpositioningsystemCHENShan—shan(ChongqingCollegeofElectmnjcEngineering，Chongqing40133l，China)Abstract：Inthispaper，accordingtomo“onmodelofthelowfrequency，whichestablishe

3、dbythreedegreesoffteedomincIudingshipsway，surgeandyaw，andaccordingtothetheoryoffhzzycontI勺landclassicPIDcontrolmethod，designedthefhzzyPIDparametersofself—tuningcontrollerbasedontheshipdynamicprocess．ThroughMatlabsimulation，thedesignoftheinteUigentcontrollerhashighquality，strongro

4、bustness．Italsocanholdthepositionandheadingefkctively．Keywords：dynamicpositioningsystem，fuzzycontrol，PIDO引言船舶在深海中由于受到风、波浪、海流等外力干扰，锚泊系统往往难以发挥其保持船位的作用。船舶动力定位系统可通过其控制系统驱动推进器来抵消环境外力，有效保持船舶在确定位置上或沿着预期的航迹行驶。动力定位系统一般包括推力系统、控制系统和位置测量系统3个部分。位置测量系统通过传感器实时地检测船舶实际位置与预设位置的偏差信号，并将偏差信号送给控制系统，控制

5、系统结合环境外力计算出船舶恢复到预设位置需要多大的推力，从而对船舶各推力器进行推力分配，使船舶有效地保持在确定的位置上或沿着预期的航迹行驶¨。。图l是动力定位系统示意图。预设指令风浪、流等图l动力定位系统框图Fig．1Blockdiagramofdynamicpositioningsystem1船舶三自由度模型船舶在海平面上是关于6种自由度高频和低频混合的复杂运动，而动力定位系统只考虑横荡、纵荡和首摇3种自由度的运动。为了更方便地描述船收稿日期：2014一ll—03；修回日期：2014一12—25作者简介：陈珊珊(1982一)，女，讲师，研究方向为电气自

6、动化、智能控制理论与应用。奸ij阿亟一恒誓·120·舰船科学技术第37卷舰运动状态，本文建立以船舶重心D为原点、平行于船体基线方向为z轴以及平行于基面指向右舷为y轴的随船坐标系算毋和以大地上的G为原点的大地坐标系xcl，。船舶三自由度的数学模型很多种形式，本文仅列写出一种比较常用的形式：(m+m，)矗一(m+m，)口r=X^+x。。+x。。+X。，(m+m，)玉一(m+m，)=y^+匕。+ti+一，0I：+Jz1i=N～+N。+Nto式中：观为船舶的质量；m，和m，分别为船舶在横荡和纵荡方向运动中产生的附加质量；M和”分别为随船坐标系原点的线速度矢量在石

7、和’，轴上的投影；i为首向角的变化率；x和y分别为纵荡和横荡方向的力；Ⅳ为首向的力矩；x，，y，，^，，分别为三自由度方向上的推力；，：为船纵向的附加转动惯量；-，：为船横向的附加转动惯量；下标^，埘n，埘i，f分别为船体的水动力、波浪飘力、风力和推进器推力心]。水动力系数和惯性矩阵为：rm—l，；0O]膨。fom—l，；m戈c—y}f；L0m龙G—y}t一Ⅳ}Jr—X。00]JD=Io—L—yrl。lo—y，一Ⅳ，j假设阻尼是线性的，考虑水动力的影响，可得到船舶的动力定位模型：f叼=R(吵)口，iM；+D移：丁。式中：下=日u，B为描述推进器配置的控制

8、矩阵，U为控制输出。2控制器设计针对船舶的三自由度数学模型，本节对动力定位系统中