常规控制和模糊PID控制在全垫升气垫船航向控制中的应用
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2010-05-30
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《自动化技术与应用》2005 年第 24 卷第 12 期
工业控制与应用
Industry Control and Application
常规控制和模糊 PID 控制在全垫
升气垫船航向控制中的应用
黄 勇 , 边信黔 , 匡红波 , 付明玉
(
哈尔滨工程大学 自动化学院 , 黑龙江 哈尔滨 150001
)
摘 要 :本文详细的介绍了常规控制和模糊 PID 控制在全垫升气垫船的航向控制中的应用。气垫船是一种高性能船 ,其航向较常规
船舶更难于控制。本文设计了常规 PID 控制和模糊 PID 控制器两种控制方法 ,并对气垫船的航向控制进行了仿真 ,从仿真
结果可以看出 ,在气垫船受风力的作用下 ,模糊 PID 控制器在克服干扰方面具有比常规 PID 控制更好的效果。
关键词 :气垫船 ; 航向控制 ; PID 控制 ; 模糊 PID 控制
中图分类号 : TP33213 文献标识码 : B 文章编号 : 100327241
(
2005
)
1220036203
Application of Fuzzy Control in Air Cus hion Vehicle
HUANG Yong , BIAN Xin - qian , KUANG Hong - bo , FU Ming - yu
(
School of Automation ,Harbin Engineering University , Harbin 150001 , China
)
Abstract:The Air Cushion Vehicle
(
ACV
)
is a kind of high - performance marine vehicle. It is more difficult to control ACV than other vehicles.
The PID control and a Fuzzy - PID control are designed and compared is this paper. Simulation shows that the Fuzzy - PID controller has
better effects than the normal PID controller in the heading control of ACV , when ACV is disturbed by wind.
Key words:Air cushion vehicle ; Heading control ; PID control , Fuzzy - PID control
1 引言
全垫升气垫船是一种高性能船舶 ,有别于常规排水船舶 ,它
是靠静升压力支承的 ,它采用空气推进器产生前进动力 ,用空气
舵实现航向的控制。在侧风作用下 ,气垫船的一弦容易侧漏 ,产
生侧漂 ,横倾等 ,加上气垫船的航速很高 ,气垫船很难控制。
为了较好的对全垫升气垫船进行航向控制 ,本文设计了两
种控制器 :PID 控制器和模糊 PID 控制器 ,并应用 PID 和模糊 PID
两种控制算法分别对其航向控制进行了仿真 ,并给出了仿真结
果比较曲线。
2 气垫船的空间运动模型
气垫船的空间运动方程的建立采用下列基本假设 :
(
1
)
设气垫船为刚体 ;
(
2
)
设船所在的水域流速为零。
收稿日期 :2005 - 07 - 26
气垫船三个轴向位移方程的推导 ,是在固定坐标系下运用
动量定理得到空间运动方程的平移方程的向量形式 ,然后把此
向量在运动坐标系下展开 ,就能得到船舶沿运动坐标系坐标轴
方向的平移运动方程。同样 ,运用动量矩定理就可以得到船舶
在运动坐标系下的旋转方程。
另外 ,为了简化运动方程 ,我们把运动坐标系的原点取在重
心 ,坐标轴取在惯性重心主轴 ,最后得到简化了的气垫船的空间
运动模型
(
参考文献[1 ]
)
如下 :
m
gu
gv
gw
+
wq - vr
ur - wp
vp - uq
=
TFX
1
TFX
2
TFX
3
J
x
0 0
0 J
y
0
0 0 J
z
gp
gq
gr
+
J
z
rq - J
y
qr
J
x
pr - J
z
rp
J
y
qp - J
x
pq
=
TFX
4
TFX
5
TFX
6
式中各参数意义 : m 为气垫船的重量 , u , v , w 为运动坐标
系下原点的三个坐标轴方向的速度 , p , q , r 为绕这三个轴的角
63
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