基于模糊算法的舵减摇滑模控制研究

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1、基于模糊算法的舵减摇滑模控制研究：以舵减摇的线性模型为研究对象，采用滑模变结构控制设计出舵减摇控制器，并在保证减摇效果的前提下，利用模糊逻辑算法对所设计切换函数的参数进行在线调整和优化，使得调整后的切换函数更合理，由于控制量与切换函数相关，从而使得控制量的输出减小，达到降低舵机摩擦损耗的目的，仿真研究表明该方法的有效性。　　　　关键词：舵减摇；模糊算法；滑模控制　　：TP29：A　　　　SlidingModeControlBasedonFuzzyLogicArithmetictoRudderRollDamping

2、　　　　GONGShuchao，SONGLizhong，TIANYingjun　　（CollegeofElectricalandInformationengineering，NavalUniversityofEngineering，ovementlinerdynamicsmodel，arudderrolldampingcontrollerisdesignedbyslidingmodevariablestructurecontrolmethod，thenadjustandoptimizetheparameters

3、ofthesetic，orereasonable，thusdecreasethecontrolvariableindirectlybecauseofthecorrelationbetulationresultsprovetheeffectivenessoftheproposedmethod.　　　　Keyping；fuzzyarithmeticsliding；modecontrol　　　　1引言　　船舶在海上航行时，由于受到海浪和洋流的影响，将不可避免地产生摇摆运动，这对于船舶的适航性、适居性以及战斗舰艇的作战性能都

4、有很大影响，因此对航行中的船舶进行减摇控制尤为重要。舵减摇是一项比较新的减摇技术，这一思想最先由Cobert在1972年首次提出[1]，它具有结构简单、造价低廉、无拖曳噪声等优点[2]，由于在减摇过程中需要频繁地大角度转舵，造成了较大的舵机损耗代价，这一突出的矛盾始终阻碍着舵减摇控制技术的发展[3]，在无法对舵机材料进行革新或对舵机进行改造加工时，如何在能保证减摇效果的前提下，可以经济有效地减小舵机的操舵角度和速度，具有重要的研究意义。　　2舵减摇模型及降阶分析　　舵减摇的模型通常可以用一个五阶线性方

5、程来表示[4]，这五个状态变量为v，r，p，φ，ψT，其中：v是横荡速度，r是艏摇角速度，p是横摇角速度，φ是横摇角，ψ是艏摇角。根据上述变量以及文献中的参数，得到一个五阶的矩阵如下：　　A=　　—0.1795—0.84040.21150.966500—0.449200.015100—1.5594—0.1714—0.788300010001000　　B=0.2784—0.0334—0.089400T　　降阶分析：　　1）从文献[3]和文献[5]可以得知，艏摇角和横摇角之间存在一定的频带分

6、离，使得二者之间的耦合作用可以忽略不计；而从矩阵A可以观察出，艏摇角分量ψ与其它变量的线性表达式无关，且不是本文的研究对象，因此可以不予考虑。　　2）横荡速度v在其他分量的表达式并未出现，并且与本文的研究无关，也可以忽略不计。　　综上所述：为分析计算方便，在不考虑上述分量的情况下，可以实现对A的无差异降价，变为：　　A*=—0.449200.0151—1.5594—0.1714—0.7883010　　B*=—0.0334—0.08940T　　C*=001　　于是，舵减摇模型变为：　　=A*x

7、+B*uy=C*x+d　　3控制器设计及模糊算法应用　　3.1滑模控制器设计及分析　　对舵减摇系统设计滑模控制器，取如下形式的切换函数：　　s（x）=c1x1+c2x2+c3x3　　采用极点配置的方法求取待定系数阵C，根据仿真需要以及实际控制经验，将目标极点设置为：　　λd=[—0.6+0.6i，—0.6—0.6i，—0.3]　　则有下式[6]：　　eig（λI—（A*—B*C））=λd　　得到关于c1，c2，c3的线性方程组，解得：　　c1=—3.0613c2=

8、10.9804c3=4.0583　　故切换函数为：　　s（x）=—3.0613x1+10.9804x2+4.0583x3：以舵减摇的线性模型为研究对象，采用滑模变结构控制设计出舵减摇控制器，并在保证减摇效果的前提下，利用模糊逻辑算法对所设计切换函数的参数进行在线调整和优化，使得调整后的切换