船舶航向控制系统规范化交互式设计平台

【摘要】船舶运动控制问题是控制领域的研究热点,从事该项研究的专家学者日趋增多。但是由于船舶运动模型的复杂性,研究人员不得不花费大量时间在船舶建模、仿真等重复性工作上。这严重影响了研究进度和效率。本文结合计算机仿真技术,开发了航向控制系统规范化交互式设计平台。本文设计的平台是基于MatlabGUI技术开发的,具有交互性强,操作简单易学的特点,可以帮助研究人员快速设计控制器,提高研发速度。平台主要包括建模、控制器设计、可视化仿真等功能,具体内容如下：(1)开发了船舶航向控制系统规范化交互平台,集成了建模、算法智能设计及可视化仿真功能,规范了仿真流程,提高了研究人员的设计效率。(2)建立了船舶航向运动数学模型和环境干扰模型。本文以美国学者阿布科维奇提出的状态空间型船舶运动数学模型为基础,分析了船舶流体力和风、浪、流等环境扰动对模型的影响,并综合考虑了船舶运动学方程和动力学方程,建立了船舶平面运动的非线性数学模型。(3)实现了航向系统运动仿真和结果的可视化,通过波形图、柱状图、表格等多种形式帮助研究人员直观地了解船舶运动特性。(4)集成了PID、LQG、QFT和模糊算法等经典控制器设计算法,并开放了控制算法接口,研究人员可以自行编写、试验控制算法。(5)研究了船舶航向运动控制。目前船舶航向运动控制器设计主要采用PID算法,其控制效果依赖于PID参数的选取,由于船舶运动较为复杂,PID参数整定需要耗费大量时间和人力成本,控制效果也不能令人满意。本文引入模糊PID算法、QFT算法和LQG算法设计控制器。仿真结果表明,模糊PID控制器、QFT控制器和LQG控制器能够显著提高船舶运动的控制精度,有较好的自适应能力和鲁棒性。
【作者】廖炜；
【导师】曾建平；
【作者基本信息】厦门大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】船舶航向控制；仿真平台；交互式设计；可视化显示；

【参考文献】
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