基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的船舶航跡保持控制的仿真研究.pdf

1、隨著航運事業(yè)的發(fā)展，船舶朝著大型化、高速化、智能化方向發(fā)展。超大型船舶在航行時，具有很大的慣性，對船舶的操縱控制要求高。另一方面，航運量的不斷增大，船舶航行的密度越來越大，航道及港口變得相對狹窄，船舶操縱變得更加困難和復(fù)雜。為保證安全，提高航行的經(jīng)濟(jì)性，對船舶的操縱性能提出了更高的要求，因而有必要采用新的控制理論和技術(shù)。在實際的船舶航行過程中，船舶的各種操縱運動參數(shù)總是隨著船舶的運行狀態(tài)和航行環(huán)境的變化而發(fā)生變化，船舶操縱運動是一個時變

2、、非線性和有干擾的過程。船舶操縱與控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型極其復(fù)雜，很難通過傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)工具來精確描述。因此，非常需要引入新的研究工具和高效的研究方法。 本文首先分析了船舶操縱與控制系統(tǒng)以及干擾信號的數(shù)學(xué)模型，并用matlab語言對其進(jìn)行了仿真。接著對船舶航跡控制系統(tǒng)模型以及航跡與船位的推算進(jìn)行了分析。然后深入研究了模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的基本原理及其在船舶航跡保持控制中的應(yīng)用。在這一部分中，首先簡要介紹了模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的原理；

3、最后討論了模糊控制器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的具體實現(xiàn)過程，并在建立了模型和控制器的基礎(chǔ)上設(shè)計了船舶航跡保持控制系統(tǒng)，并對控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。 在本文的最后部分作者對把一種新型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-PID元神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（PIDNN）以及自適應(yīng)神經(jīng)-模糊控制系統(tǒng)（ANFIS）應(yīng)用于船舶操縱控制系統(tǒng)中做了一定的研究。 PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)既具有常規(guī)PID控制結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)物理意義明確等優(yōu)點,同時又具有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的并行結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)記憶功能及非線性映射能力，作

4、者把這種新型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于船舶航向控制系統(tǒng)與船舶的航跡控制系統(tǒng)中。仿真結(jié)果表明:該控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快、超調(diào)量小、穩(wěn)態(tài)精度高,能夠快速跟蹤航向輸出并進(jìn)行有效控制,且具有自適應(yīng)性和一定的魯棒性,滿足實時控制的要求。 模糊邏輯系統(tǒng)有很強(qiáng)的知識表達(dá)能力和邏輯推理能力，但自學(xué)習(xí)能力比較差，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在自學(xué)習(xí)和函數(shù)逼近方面又具有獨特的優(yōu)越性，ANFIS是將兩者結(jié)合的產(chǎn)物。用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)模糊邏輯系統(tǒng)，構(gòu)造了一個基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的船