模糊多模型船舶運動控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、船舶運動控制是一個重要的研究領域，其目的是提高船舶自動化、智能化水平，進而保證航行的安全性、經(jīng)濟性和舒適性.近二十年來控制論的全面繁榮為船舶運動控制系統(tǒng)的設計提供了諸多控制算法，特別是模糊控制理論被引入到該領域后，為船舶運動控制科學的發(fā)展注入了活力。 模糊控制特別適合于處理那些難以建立精確數(shù)學模型的復雜控制問題。相對于目前模糊控制在工業(yè)應用方面取得的巨大進展，模糊控制理論的發(fā)展則滯后了一些。模糊控制理論的研究包括解決模糊控制系統(tǒng)

2、中關于穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)的設計方法、控制系統(tǒng)性能的提高等核心問題.針對目前應用廣泛的TS模糊控制系統(tǒng)，在深入研究模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及控制器設計基礎上，將這些模糊控制理論應用于船舶運動控制，推進船舶控制理論的發(fā)展。主要研究工作如下: 船舶運動數(shù)學模型是研究船舶運動操縱和控制的基礎。針對船舶模型的非線性、時變性和不確定性的特點，首先在討論船舶操縱運動線性和非線性數(shù)學模型的基礎上，結合由于航速及裝載狀態(tài)等的變化引起的模型參數(shù)不確定性以

3、及外界風、浪、流的干擾不確定性，研究了一種Norrbin不確定船舶運動建模問題。針對連續(xù)的T-S模糊控制系統(tǒng)，定義了有效最大交豆規(guī)則組集和有效最大交亞規(guī)則組的概念.基于這兩個概念和Lyapunov穩(wěn)定性理論，提出了一種模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及系統(tǒng)設計方法，給出了經(jīng)由并行分布補償(PDC)原理設計模糊控制器保證模糊系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件。此方法不僅降低了尋找公共正定矩陣方法和在每個最大交疊規(guī)則組中分別尋找一個局部公共正定矩陣方法的保守性和難

4、度，而且這些方法作為特例包含于所提出的方法中.為證明該方法的可行性，給出了連續(xù)的非線性Norrbin船舶運動系統(tǒng)的模糊控制器設計實例。 針對離散的T-S模糊控制系統(tǒng)，在分析模糊系統(tǒng)前件規(guī)則結構信息的基礎上，將模糊Lyapunov函數(shù)和分段Lyapunov函數(shù)相結合，構造出一類模糊系統(tǒng)的分段模糊Lyapunov函數(shù).采用并行分配補償(PDC)技術，利用分段模糊Lyapunov函數(shù)進行了模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與控制器設計。該方法減少了

5、模糊Lyapunov函數(shù)與分段Lyapunov函數(shù)的局限性，而繼承了兩者的優(yōu)點，所得穩(wěn)定性判據(jù)更為寬松，控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。通過對二維映射Henon和離散的線性Nomoto船舶運動系統(tǒng)的模糊控制器設計，驗證了所提出設計方法的有效性與優(yōu)越性。 應用于船舶控制的自適應模糊控制器是船舶控制領域研究的重點。為了實現(xiàn)這一目標，提出了一種船舶航向自適應型模糊控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將模糊控制與RBF神經(jīng)網(wǎng)絡相結合，利用模糊邏輯的推理能力和神