水产养殖自动导航无人明轮船航向的多模自适应控制.pdf

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1、第33卷2017经第1期1月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringVbl．33NO．1Jan．201795水产养殖自动导航无人明轮船航向的多模自适应控制洪剑青1，一，赵德安瞅，孙月平1，张军1，罗(1．江苏大学电气信息工程学院，镇江212013；2．镇江市高等专科学校机械系，士1口镇江212003)摘要：为降低水产养殖行业劳动作业强度和人力成本，解决劳动力日益匮乏的问题、提高鱼塘投饵效率和投饵均匀度，对适用于水产养

2、殖的水面作业艇．明轮船的航行控制进行研究。为克服明轮船运动过程中航速、航向强耦合，给出改进的明轮船控制系统方案，实现航向、航速之间的解耦，建立明轮船航向系统的动态响应数学模型。根据明轮船的工作特点，对明轮船进行多模自适应控制，用计算机软件进行仿真和实船试验，并与PD(proportiondifferentiation)控制进行比较。通过仿真和试验的结果，证明所设计的控制器能解除明轮船的耦合效应，船速超调量不超过5％，稳态误差在3％以内，直线航行时的航向误差在3。以内。数据表明多模自适应控制方法能够对

3、明轮船航行进行较好的控制，效果优于PD控制。关键词：水产养殖；自动控制；模型；明轮船；航向；自适应；多模doi：10．11975／j，issn．1002—6819．2017．01．013中图分类号：$24；TP273．21；s951．2；$968．25文献标志码：A文章编号：1002—6819(2017)一0卜0095—07洪剑青，赵德安，孙月平，张军，罗吉．水产养殖自动导航无人明轮船航向的多模自适应控制[J]．农业工程学报，2017，33(1)：95—101．doi：10．11975巧．issn．

4、1002—6819．2017．01．013http：／／www．tcsae．orgHongJianqing，ZhaoDean，SunYueping，ZhangJun，LuoJi．Multimodeladaptivecontrolofpaddlewheelvehicle’Scourseinaquaculture[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2017，33(1)：95

5、—101．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．11975巧．issn．1002—6819．2017．01．013http：／／www．tcsae．org0引言近几年，随着经济发展和人民生活水平的提高，丰富的水产品不仅大幅度改善了人民的生活，也使水产养殖业成为国民经济的支柱产业之一[1。2】。目前，水产养殖行业向集约化、自动化、信息化、智能化的方向发展，工业化水产养殖的趋势已经形成。国内主要的水产养殖基地，例如阳澄湖、长荡湖等重点养殖地区都对工业化水产养殖提出了迫

6、切需求。由于国内的水产养殖通常位于近海或者内河水域，水浅、水下植被较多，水情较为复杂，开发和设计具有低速机动性好、吃水浅的水面作业平台是必然的选择。明轮船依靠左右明轮驱动水体，产生船体运动所需的动力。明轮旋转时，水面之上的叶片做无用功，水面之下的叶片驱动水体产生推力，导致明轮的效率较低、明轮船速度较慢。在航运领域，明轮船得不到大面积的推广和应用。但是，在水产养殖行业，由于工作环境和任务需要，水面作业装备通常处于低速运动状态，无需高速运动。此时舵控方向的螺旋桨船舶不能有效控制其航向和航迹，螺旋桨容易被

7、水生植物缠绕、搅断各类植物，收稿日期：2016．04—28修订日期：2016．10．30基金项目：江苏省“十二五”农业支撑项目“水产生态健康设施养殖信息管理技术系统研发”(BE2013402)；江苏高校优势学科建设工程项目(PAPD，No．6．2011)；江苏省高校研究生科研创新计划项目(CXLXl20661)；镇江市重点研发(现代农业)计划项目“多功能全自动水产养殖作业船的研制与应用”(NY2015022)作者简介：洪剑青，男(蒙)，江苏镇江人，博士生，副教授，主要从事农业电气化与自动化装置研究。

8、镇江江苏大学电气信息工程学院，212013。Email：hongjianqing@163，corn※通信作者：赵德安，教授，博士生导师，主要从事农业电气化与自动化技术研究。镇江江苏大学电气信息工程学院，212013。Emaihdazhao@ujs，edu．cn造成水体污染、影响水质；螺旋桨也可能伤害水产养殖的动物。由此可见，螺旋桨推进船舶不适合水产养殖需求。由于水产养殖行业的特殊性和明轮船固有特点，使它成为适用于水产养殖行业水面作业设备的良好载体。目前，关于有舵螺旋桨