船舶动力定位智能PID控制器设计与仿真研究.pdf

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1、第37卷第9期2015年9月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．37，No．9Sep．，2015船舶动力定位智能PID控制器设计与仿真研究李众1’2，郭丹丹2(1．常州信息职业技术学院电子与电气工程系，江苏常州213164；2．江苏科技大学电子信息学院，江苏镇江212003)摘要：由于船舶在海上的动力学特性具有非线性、大时滞和强耦合等特点，风、浪等外部干扰具有随机特征，因而船舶动力定位控制系统是一个复杂的非线性系统，一次性整定的PID参数难以取得理想的控制效果。鉴于P

2、ID控制器的性能完全取决于其控制参数，结合混沌粒子群算法、云模型控制和PID控制各自的优势，设计一种具有参数实时自整定功能的智能PID控制器。首先引入混沌粒子群算法离线优化PID参数使控制系统处于优化状态，再利用二维云模型控制对其进行在线调节以增强控制器的适应性和鲁棒性。仿真结果证明所设计控制器的可行性和有效性。关键词：动力定位；比例积分微分；混沌粒子群算法；二维云模型；离线优化；在线调节中图分类号：U661．3；TPl8文献标识码：A文章编号：1672—7649(2015)09—0072—06do

3、i：10．3404／j．issn．1672—7649．2015．09．015ResearchondesignandsimulationofintelligentPIDcontrollerfordynamicshippositioningLIZhon91一，GUODan．dan2(1．DepartmentofElectronicandElectricalEngineering，ChangzhouCollegeofInformationTechnology，Changzhou213164，China；2

4、SchoolofElectronicsandInformation，JiangsuUniversityofScienceandTechnology，Zhenjiang212003，China)Abstract：Theshipdynamicpositioningsystemisacomplexnonlinearsystembecauseshipdynamicshasthecharacteristicofnonlinearity，largetime—lagandstrongcoupling，andthe

5、externaldisturbancessuchaswind，waveandothersarerandom，thereforesettingallPIDparametersatonceisdifficulttohaveanidealcontroleffect．ConsideringthatthePIDperformancecompletelydependsonitsparametersandcombiningadvantagesofchaosparticleswarmoptimizationalgo

6、rithm(CPSO)，cloudmodelcontrolandPIDcontrol，anintelligentPIDcontrollerisdesignedwhichcanadjustitsparameterstovaryingseastatesinrealtime．FirstofalltheCPSOisintroducedtooff-lineoptimizePIDparameterstoensurecontrolsysteminoptimalstate，thenapplytwo—dimensio

7、ncloudmodelcontrollerstoregulatePIDparameterson—lineSOastoenhanceadaptabilityandrobustnessofthecontroller．Thesimulationresultsverifythatthedesignedcontrollerisfeasibleandeffective．Keywords：dynamicpositioning；PID；CPSO；two—dimensioncloudmodel；off-lineopt

8、imization；on—lineregulation0引言船舶动力定位是指在不借助锚泊系统的情况下，船舶利用自身推力系统产生反力和反力矩以抵抗风、浪和流作用于其上的环境外力和力矩，使船舶保持一定的位置和角度或按照预定轨迹运动⋯。与传统锚泊系统相比，其具有不受水深影响、操作方便、机动性强、定位精度高等优点。PID控制器作为最先被用在船舶动力定位系统上的控制器，仍然适宜于大多数情况下的船舶动力收稿日期：2014—09—01；修回151期：2014—10—08作者简介：李