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船舶航向自适应PID控制器的设计与应用

作　者: 周蓉
导　师: 颜德文
学　校: 大连海事大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 单神经元控制器 PID 船舶航向控制自适应
分类号: TP273.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

船舶在海上航行,总希望它保持直线航行,以较快的速度到达目的地,这就是船舶的航向保持问题。而船舶在航向中不免受到外界环境及自身因素的影响,这就要求在设计航向保持控制器时应具有鲁棒性和自适应性,参数能够根据外界环境的变化进行自适应调整,以达到控制性能指标,实现经济航行。本文对基于单神经元 PID控制器在船舶航向控制中的应用进行了仿真研究。在PID控制器的结构简单、鲁棒性强等特点的基础上,结合单神经元的自适应、自组织、自学习的特点,设计出一种具有自适应性、结构简单、鲁棒性较强的船舶航向控制器。最后对其进行仿真研究。首先,本文给出神经元的基本原理,以及船舶航向控制设计中的数学模型。先从传统PID控制器设计开始,将其应用到船舶航向控制上,考虑到船舶航向的经济效益,设计线性二次最优控制器,将航向保持精度和燃料损耗进行折中处理,最终控制效果达到两者最优。其次,为了达到自适应的目的,在PID控制的基础上,将其与单神经元相结合,并对算法进行改进,构成改进型的单神经元自适应PID控制器。最后,在Simulink中建立仿真模型,单神经元部分用S-函数进行描述,对所设计的控制器进行仿真验证,将各种干扰加之于设计的控制器上,检测其鲁棒性,并变换不同的被控对象,验证控制器的自适应能力。结果表明所设计的控制器具有一定的鲁棒性与自适应性,仿真结果良好。

船舶航向自适应PID控制器的设计与应用

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