基于模糊PID的无人船航行姿态控制系统研究

发布时间：2023-03-05 03:18

　　水面无人船作为水上无人化智能装备的重要组成部分是国内外学者的研究和发展重点。无人船在水面作业过程中要具有相应的自主智能性,其关键环节就在于对其自主控制的稳定。自主控制中包含对无人船的动力系统控制和航行角度姿态控制。解决上述内容所涉及的关键问题是对无人船智能性提高的一个关键途径。围绕上述内容本文主要以海南大学自主研发的一型双驱电动无人船为平台,开展参数自整定模糊PID控制器和风干扰模型的设计和仿真验证,进行了角度控制环和速度控制环两个串级模糊PID控制器实船实验。主要创新工作如下:首先,依据风干扰模型建立的知识搭建了风干扰数学模型,并依据无人船船体数据进行了船舶回转操作仿真实验和Z型操作仿真实验,将实验数据进行参数递推估计,为设计模糊控制器和仿真平台搭建提供了研究对象的数学模型。其次,在分析了采用传统PID控制方式对于无人船控制系统的不足之后,对参数自整定模糊PID控制器进行了介绍。设计了角度控制环航向控制器与速度控制环导航控制器,仿真结果表明所设计的控制器具有良好的自适应能力,并且能够快速响应减小偏差,实现精准的航线跟踪。最后,把基于参数自整定模糊PID控制原理设计的控制器应用到了以S...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 论文研究背景和意义
    1.2 现阶段国内外研究现状
        1.2.1 无人船发展现状
        1.2.2 欠驱动系统控制方法研究现状
        1.2.3 模糊PID的发展现状
    1.3 需要解决的三个关键问题
    1.4 研究内容
    1.5 内容安排
2 无人船系统组成与控制原理
    2.1 无人船系统组成
    2.2 无人船姿态控制
    2.3 PID控制原理
    2.4 自整定模糊PID控制器原理
    2.5 无人船数学模型建立
        2.5.1 无人船回转仿真实验
        2.5.2 无人船Z型仿真实验
        2.5.3 参数递推估计
    2.6 环境风干扰数学模型
    2.7 航行控制器
    2.8 本章小结
3 无人船的硬件电路设计
    3.1 无人船结构设计
        3.1.1 主控部分
        3.1.2 驱动部分
        3.1.3 传感器部分
    3.2 PWM输出
    3.3 管脚使能
    3.4 硬件接口
    3.5 遥控器部分
4 自整定模糊PID控制器设计
    4.1 模糊PID控制系统搭建
        4.1.1 模糊化处理
        4.1.2 模糊规则设计
        4.1.3 模糊决策
    4.2 比例环节的模糊整定
    4.3 积分环节的模糊整定
    4.4 微分环节的模糊整定
    4.5 自整定模糊矩阵的制定
    4.6 解模糊判决
    4.7 速度控制环
5 自整定模糊PID算法的验证
    5.1 无人船风浪模型系统
        5.1.1 外界因素干扰下角度控制环仿真和分析
        5.1.2 外界因素干扰下速度控制环仿真和分析
    5.2 实地测试结果及分析
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 存在的问题和改进
    6.3 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的科研成果
致谢



本文编号：3755592