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1、第37卷第3期2015年3月艦船科學(xué)技術(shù)SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．37．No．3Mar．．2015模糊PID控制在船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)中的應(yīng)用陳珊珊(重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶401331)摘要：根據(jù)建立的船舶橫蕩、縱蕩和首搖3種自由度的低頻運(yùn)動(dòng)模型，并結(jié)合模糊控制理論和經(jīng)典PID控制方法，設(shè)計(jì)出基于船艦動(dòng)態(tài)過(guò)程的PID參數(shù)模糊自整定控制器。經(jīng)過(guò)Matlab仿真驗(yàn)證，所設(shè)計(jì)的智能控制器控制品質(zhì)高，魯棒性強(qiáng)，能對(duì)船舶進(jìn)行有效定位。關(guān)鍵詞：動(dòng)力定位系統(tǒng)；模糊控制；PID中圖分類號(hào)：U664．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672—764
2、9(2015)03—0119—03doi：10．3404“．issn．1672—7649．2015．03．025ResearchontheappUcationoff．uzzyPIDcontrolintheshipdynamicpositioningsystemCHENShan—shan(ChongqingCollegeofElectmnjcEngineering，Chongqing40133l，China)Abstract：Inthispaper，accordingtomo“onmodelofthelowfrequency，whichestablishe
3、dbythreedegreesoffteedomincIudingshipsway，surgeandyaw，andaccordingtothetheoryoffhzzycontI勺landclassicPIDcontrolmethod，designedthefhzzyPIDparametersofself—tuningcontrollerbasedontheshipdynamicprocess．ThroughMatlabsimulation，thedesignoftheinteUigentcontrollerhashighquality，strongro
4、bustness．Italsocanholdthepositionandheadingefkctively．Keywords：dynamicpositioningsystem，fuzzycontrol，PIDO引言船舶在深海中由于受到風(fēng)、波浪、海流等外力干擾，錨泊系統(tǒng)往往難以發(fā)揮其保持船位的作用。船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)可通過(guò)其控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器來(lái)抵消環(huán)境外力，有效保持船舶在確定位置上或沿著預(yù)期的航跡行駛。動(dòng)力定位系統(tǒng)一般包括推力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和位置測(cè)量系統(tǒng)3個(gè)部分。位置測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)地檢測(cè)船舶實(shí)際位置與預(yù)設(shè)位置的偏差信號(hào)，并將偏差信號(hào)送給控制系統(tǒng)，控制
5、系統(tǒng)結(jié)合環(huán)境外力計(jì)算出船舶恢復(fù)到預(yù)設(shè)位置需要多大的推力，從而對(duì)船舶各推力器進(jìn)行推力分配，使船舶有效地保持在確定的位置上或沿著預(yù)期的航跡行駛¨。。圖l是動(dòng)力定位系統(tǒng)示意圖。預(yù)設(shè)指令風(fēng)浪、流等圖l動(dòng)力定位系統(tǒng)框圖Fig．1Blockdiagramofdynamicpositioningsystem1船舶三自由度模型船舶在海平面上是關(guān)于6種自由度高頻和低頻混合的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，而動(dòng)力定位系統(tǒng)只考慮橫蕩、縱蕩和首搖3種自由度的運(yùn)動(dòng)。為了更方便地描述船收稿日期：2014一ll—03；修回日期：2014一12—25作者簡(jiǎn)介：陳珊珊(1982一)，女，講師，研究方向?yàn)殡姎庾?/p>
6、動(dòng)化、智能控制理論與應(yīng)用。奸ij阿亟一恒誓·120·艦船科學(xué)技術(shù)第37卷艦運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，本文建立以船舶重心D為原點(diǎn)、平行于船體基線方向?yàn)閦軸以及平行于基面指向右舷為y軸的隨船坐標(biāo)系算毋和以大地上的G為原點(diǎn)的大地坐標(biāo)系xcl，。船舶三自由度的數(shù)學(xué)模型很多種形式，本文僅列寫出一種比較常用的形式：(m+m，)矗一(m+m，)口r=X^+x。。+x。。+X。，(m+m，)玉一(m+m，)=y^+匕。+ti+一，0I：+Jz1i=N～+N。+Nto式中：觀為船舶的質(zhì)量；m，和m，分別為船舶在橫蕩和縱蕩方向運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的附加質(zhì)量；M和”分別為隨船坐標(biāo)系原點(diǎn)的線速度矢量在石
7、和’，軸上的投影；i為首向角的變化率；x和y分別為縱蕩和橫蕩方向的力；Ⅳ為首向的力矩；x，，y，，^，，分別為三自由度方向上的推力；，：為船縱向的附加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；-，：為船橫向的附加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；下標(biāo)^，塒n，塒i，f分別為船體的水動(dòng)力、波浪飄力、風(fēng)力和推進(jìn)器推力心]。水動(dòng)力系數(shù)和慣性矩陣為：rm—l，；0O]膨。fom—l，；m戈c—y}f；L0m龍G—y}t一Ⅳ}Jr—X。00]JD=Io—L—yrl。lo—y，一Ⅳ，j假設(shè)阻尼是線性的，考慮水動(dòng)力的影響，可得到船舶的動(dòng)力定位模型：f叼=R(吵)口，iM；+D移：丁。式中：下=日u，B為描述推進(jìn)器配置的控制
8、矩陣，U為控制輸出。2控制器設(shè)計(jì)針對(duì)船舶的三自由度數(shù)學(xué)模型，本節(jié)對(duì)動(dòng)力定位系統(tǒng)中
