模糊理论的船舶减摇鳍控制系统研究.pdf

第22卷第3期(总第129期)船舶Vo1．22No．3
2011年6月SHIP＆B0ATJune，2011

[研究与设计]

基于模糊理论的船舶减摇鳍控制系统研究

徐世杰邢继峰彭利坤
(海军S-程大学船舶与动力学院武汉430033)

[关键词]减摇鳍；模糊控制理论；船舶横摇模型
[摘要]以船舶减摇鳍控制系统作为研究对象，应用模糊控制理论提出一种基于Fuzzy推理的模糊控制器并
完成模糊控制器的理论实现。基于船舶横摇运动的线性方程对不同浪向下的船舶横摇运动进行了系统仿真。仿真结
果表明．与常规PID控制相比，基于Fuzzy推理的模糊控制器具有更好的控制效果和更强的鲁棒性。
[中图分类号]U661．32[文献标志码]A[文章编号]1001—9855(2011)03—0024—03

量1nI’UZZV—1baSec1IC0ntJr01lsyst·emoInI一-inSt·aDli⋯lizer
XUShi-jieXINGJi—fengPENGLi—kun
(NavalUniversityofEngineering，CollegeofNavalArchitectureandMarinePower，Wuhan430033，China)
Keywords：finstabilizer；fuzzy-controltheory；modelofshipmotion

Abstract：Inthispaper，afuzzyinferencecontrollerbasedonfuzzytheoryisstudiedandimplementedtheoretically．
rheshiprollwithdifferentwavedirectionissimulatedbysolvingthelinearequationofshiprol1．Thesimulation

resultsindicatethatthefuzzy-basedcontrolsystemoffinstabilizerisbetterandmorerobustthangeneralPID

controller

0引言类专家的控制经验，对于非线性、复杂对象的控制显
减摇鳍作为主要的船舶减摇装置．目前已经在示出了鲁棒性好、控制性能高的优点⋯。正是基于模
各型船舶中得到广泛的应用l1]。它能够提高船舶的糊控制的上述优点．本文设计了一个减摇鳍模糊控
耐波性、适航性、稳定性，并能延长船舶使用寿命，改制器。通过在线仿真得到的结果表明。与常规PID控
善设备与人员的工作条件。而减摇鳍在鳍容量和制相比．模糊控制器在不同海况和浪向下均可取得
鳍型以及相应的随动系统确定后的情况下，其性能更好的减摇效果。
就与采取的控制策略密切相关。设计好的减摇鳍能
够使船舶在设计海况下的横摇角度在5。以内。传统2海浪仿真
的减摇鳍大都采用PID控制，但是由于很难获得船
舶在各种横摇干扰频率下或者在某浪向角下的最佳实际海面上兴起的海浪是不规则的随机波[53。
参数，一旦船舶航向改变或风向改变，就很难获得最它可以看做是由无穷多个相互独立的．具有不同幅
佳的减摇效果E33值、频率和初相位的规则波叠加而来的。于是定点
模糊控制的基本思想就是利用计算机来实现人不规则长峰波可表示为：
的控制经验。与传统控制方法如PID控制相比，模
(￡)：∑c0s(it+si)(1)
糊控制可不依赖于精确的数学模型并能充分利用人=l

[收稿日期]2011-03—12
[作者简介]徐世杰(1986一)，男，硕士研究生，研究方向：船用机电液设备控制与仿真。
邢继峰(1960-)，男，教授，博士研究生导师。研究方向：数字液压技术、并联机器人技术、舰艇操纵控制与仿真等。
彭利坤(1975一)，男，博士研究生，副教授，研究方向：机电液控制与仿真、并联机器人技术等。
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基于模糊理论的船舶减摇鳍控制系统研究

式中：∽、03和分别为第次谐波的波幅、角频率
和初相位。。卧恒
再由波高与波浪谱密度sc(o~)的关系式：【_{霭裂婆H票H籍零爱H蒸藉零茇
&=V2Sc(oa,)dw(2)
可得：
本文选取由哈工大研制的某型减摇鳍为研究对
、一
(￡)=2l—X／2Sc(w1)dwCOS(O)+)(3)象，各组成部分的数学模型如下：
(1)船舶模型
式(2)和式(3)中：
So(C￡，唧L4(、u／1]jG=丽(7)
(2)角速度陀螺仪
式中：09为海浪频率(S)；
角速度陀螺仪是减摇鳍控制系统中的测量元
exp为自然对数的底e=2．7183：
件，传递函数为：
为海面上19．5m高度处的平均风速(m／s)；
g为重力加速度(9．8m／s)。Ga(s)=(8)
由波倾角公式：
(3)放大器
()=sin(+)sin(4)
gG)丽赢(9)
式中：为