模糊控制在船舶航速仿真系统中的应用.pdf

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1、第42卷第2期2013年04月船海工程SHIP＆0CEANENGINEERINGV01．42No．2Apr．2013DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2013．02．016模糊控制在船舶航速仿真系统中的应用刘西全(青岛港湾职业技术学院，山东青岛266404)摘要：利用Matlab建立船舶推进系统的仿真模型，采用传统的PID算法，并利用Fuzzylogic工具箱对PID参数进行优化，对某船航速控制系统进行仿真分析。为反映船舶真实营运情况，分别对船舶在无干扰、加入5％、10％及20％干扰情况

2、下的航速及螺旋桨转速等参数进行仿真分析。仿真结果显示此智能方法优化PID参数用在船舶航速控制系统仿真上是完全可行的。关键词：模糊控制；船舶；航速；仿真中图分类号：U662．9；TP273．4文献标志码：A文章编号：1671-7953(2013)02-0051—04船舶航速的变化，归根结底是船舶主机的转速变化，船往往是浮在水面或潜在水中并活动于不同地区，在任何时刻，它都受到风浪、水浪等环境的直接影响，要求用人工来保持航速不变，这是不容易做到并做不好的。为此，建立船舶推进系统的仿真模型，利用Fuzzylogic工具

3、箱对PID参数进行优化，采用Matlab软件对某护卫舰航速控制系统进行仿真分析。1模糊自适应PID控制系统1．1模糊控制的基本原理模糊控制的基本原理见图1。r⋯一簇磊蕃丽-．薇ii．-_]图1模糊控制原理其核心部分为模糊控制器，如图中点划线框中所示。模糊控制器的控制规律由计算机的程序实现。实现模糊控制算法的过程描述如下。计算机经中断采样获取被控制量的精确值，然后将此量与给定值比较得到误差信号E，一般选误差信号E作为模糊控制器的一个输入量。把误差信号E的精确量进行模糊化变成模糊量。收稿日期：2012—03—21修

4、回日期：2012—05—23第一作者简介：刘西全(1979一)，男，硕士，讲师研究方向：轮机工程E．mail：tree692@163．com误差E的模糊量可用相应的模糊语言表示，得到误差E的模糊语言集合的一个子集e(e是一个模糊矢量)，再由e和模糊控制规则尺(模糊算子)根据推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量／．z。u=eR1．2模糊PID控制1．2．1模糊自适应整定PID控制原理+自适应模糊PID控制器以误差e和误差变化ec作为输入量，可以满足不同时刻的e和ec对PID参数自整定的要求。利用模糊控制规则

5、在线对PID参数进行修改，便构成了自适应模糊PID控制器，从而使被控对象有良好的动、静态性能。模糊控制设计的核心是总结工程设计人员的技术知识和实际操作经验，建立合适的模糊规则表，得到针对k小ki、k。三个参数分别整定的模糊控制表。k。、kj、k。的模糊控制规则表建立后，根据如下方法进行k。、ki、k。的自适应校正。kp=k7P+{ej，eci}pki=k’。+h，ec。}ikd=k’d+{ei，eci}d(1)模糊自整定PID参数控制系统结构主要由参数可调整PID和模糊控制系统两部分组成，结构见图2。参数可调整

6、PID完成对系统的控制，模糊控制系统实现对PID三个参数进行自动校正。图2自适应模糊PID控制系统结构51第2期船海工程第42卷1．2．2模糊控制器的设计采用二维模糊控制器⋯，输人为柴油机转速偏差E及其导数EC，其模糊词集和论域皆为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，(一100，100)。输出为K。、K、民，其模糊词集均为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，根据Ziegler—Nichols算法，初步算得本仿真机型的控制器参数为Kp=9．807，Ki=21．2181，K。=1．0876。故其

7、论域分别设为(一12，12)、(一25，25)和(一3，3)。模糊逻辑控制器见图3。际i===夏磊i—一——————]图3模糊逻辑控制器2柴油机数学模型建立柴油机转速控制系统见图4。由于全工况的柴油机建模比较困难，本文对柴油机模型作了简化，考虑延迟并经线性化处理后，可作为一阶质性延迟环节。柴油机电子调速系统中的执行器采用环形电枢直流伺服电机，可认为是一个标准的二阶环节。加上PID控制器，则可组成一完整的柴油机调速模型，可用于对柴油机动态过程的仿真，并通过仿真来研究该模型的合理性和准确性。图4柴油机转速控制系统结

8、构2．1柴油机模型非增压柴油机的运动可用以下方程描述㈨。L掣州小"r／(t-7")-A(f)(2)式中：Y(t)——柴油机转速，是时间t的函数(无因次量)；叼(t)——控制供油量的齿条位置，是时间t的函数(无因次量)；A(t)——扰动，是时间t的函数(无因次量)；52咒——柴油机时间常数，s；f——齿条位移的纯滞后时间，s。将上式拉氏变换可得非增压柴油机的简化传递函数兰∽一上r3、e一