探析基于自适应神经模糊系统的船舶航向控制

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1、Y103716二学位论文基于自适应神经模糊系统的船舶航向控制秦永祥指导教师洪碧光教授申请学位级别工学硕士专业名称交通信息工程及控制学位授予单位大连海事大学2007年3月中文摘要摘要本文对自适应神经模糊系统(ANFls)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

2、。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

3、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。关键词：模型参考自适应；模糊控制；ANFIS；船舶航向控制英文摘要BasedonAdaptiveNeuro-FuzzyInferenceSystemsControlforShipSteeringAbstractThisthesishassystematicallyresearchedadaptiveneuro—fuzzyinferencesystemsanditsapplicationtoship'sCOUrsesteeringcontr01．Ship’Smathema

4、ticalmodelisresearched，inconsiderationoftheforcesandmomentsfromtheenvironmentaldisturbances，suchaswinds，waves，currents，etc．Aimedatshiplinearmathematicalmotionmodel，themodelreferenceadaptiveautopilotisfirstdesignedbasedontheanalysisofthemodelreferenceadaptivecontroltheory．simulationexp

5、erimentsarecurriedoutbyusingMatlab'sSimulinktoolbox．ConventionalMRAConlyusedinlineafitysystemswithknownstructureandparametertime-changed．Forthenonlinearityandlagoftheship’Smovement，andthecomplexityoftheoutsideinterferemaketheship’Smovementuncertainty．Usingadaptiveneuro·fuzzyinferences

6、ystem(ANFIS)fortheshipsteering'snonlinearmodeltocombinethefuzzylogicandANNproperly,SOthatANFIScouldexpressFLSbytheconnectionstructureofANN，meanwhilerealizetheparameteroptimizationoftheFLSrulesbytheself-learningfunctionofANN．ThenitsarithmeticandprincipleandtherealizationofANFIScontroll

7、erisstudied．Atlast，theschemeisappliedtoship’Scoursesteeringcontrolandthesimulationcurvesshowthatthedesiredresultsareattained．TheANFISautopilotissimulatedunderdifferentconditions，suchasexterndisturbances，loadings，ere．Thesimulationresultsshowtheeffectivenessandthesalientperformanceofthe

8、propo