【正文】 在我進行課題研究和撰寫論文期間，老師的悉心指導和無微不至的關懷給予了我極大的幫助，使我受益匪淺。 ：415；[14] 陶堯森．船舶耐波性[M]．第l版．上海：上海交通大學出版社，1985：8890；[15] 李洪人．液壓控制系統(tǒng)[M]. 國防工業(yè)出版社，1981：148158；[16] S．Benneu，A brief history artormatic control[C]．IEEE control systems．1996：16(3)：130150；[17] 吳秀恒．船舶操縱性與耐波性[M]．第2版．北京：人民交通出版社，1999：130136；[18] 李福義．液壓技術與液壓伺服系統(tǒng)[M].哈爾濱工程大學出版社，1992：156160；[19] 習丹丹. 帶間隙數字伺服控制系統(tǒng)設計[D]，哈爾濱工業(yè)大學，2005：1520；[20] 胡壽松．自動控制原理[M]．北京：科學出版社，2001：220230；[21] A．Fournier and simple model of oeean waves．Computer Graphies．19 86，20(3)：7584；[22] 李金靜．液壓位置伺服系統(tǒng)的自適應控制研究：(碩士學位論文)[D]．太原：太原科技大學 ，2010：3240；[23] D．Schroder．Intelligent Observer and Control Design for Nonlinear Systems[M]．New York，SpringerVerlag，2000：1927；[24] 沈建清，陳家和等．自適應準則的舵減搖控制系統(tǒng)的仿真研究[J]．海軍工程學院學報：35；[25] 薛定宇．控制系統(tǒng)計算機輔助設計——MATLAB語言與應用[M]．第3版．北京．清華大學出版社，2012：400404；[26] Cowley WE，Lambert TH．The Use of Rudder as a Roll Stabilizer[J]．Proeeeding ofSCSS’72，V01．2，Bath，UK，1972：3540；[27] 黃繼起．自適應控制理論及其在船舶系統(tǒng)中的應用[M]．第2版，北京：國防工業(yè)出版社，1992：6670；[28] 龐中華，崔紅．系統(tǒng)辨識與自適應控制MATLAB仿真[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2009：6974；[29] Grundelius M, Angeli D. Adaptive control of Systems with Backlash Acting on the Input[C]. IEEE Conf on Decision amp。負載給定及鰭角給定突然變化時波動小等優(yōu)點。交流伺服系統(tǒng)具有結構簡單、控制方便、價格較液壓系統(tǒng)低、維修、調試方便等優(yōu)點，使減搖鰭電驅動系統(tǒng)成為船舶減搖鰭控制技術的一個新方向。電液伺服矢量電伺服模糊電伺服 本章小結本章對船舶減搖鰭控制系統(tǒng)進行了建模，另外還對有義波高分別為，和遭遇角分別為、的海浪進行了仿真，在海浪擾動作用下，分別對傳統(tǒng)的電液伺服系統(tǒng)和本文設計的矢量控制電伺服系統(tǒng)以及加入模糊控制器改進后的電伺服系統(tǒng)作為隨動系統(tǒng)的船舶減搖鰭減橫搖控制系統(tǒng)進行了仿真，對仿真結果進行了統(tǒng)計分析。45176。135176。90176。45176。加入模糊控制器改進后，增強了系統(tǒng)對各種海情的適應性，使整體減搖效果有進一步的提高。 減搖鰭仿真模型 船舶減搖鰭控制系統(tǒng)仿真在以上分析的基礎上，本文在有義波高分別為，；遭遇角分別為、的海浪擾動情況下，分別對傳統(tǒng)的電液伺服系統(tǒng)和本文設計的矢量控制電伺服系統(tǒng)以及加入模糊控制器改進后的電伺服系統(tǒng)作為隨動系統(tǒng)的船舶減搖鰭減橫搖控制系統(tǒng)進行了仿真，下面給出了各種海情下，未加入模糊控制器的矢量控制船舶減搖鰭電驅動伺服控制系統(tǒng)的鰭角給定曲線和反饋曲線，海浪的有效波傾角曲線，減搖前船舶的橫搖曲線，在三種不同的隨動系統(tǒng)下的船舶橫搖曲線。對于NJ5型減搖鰭，當船舶橫傾時對應最大鰭角，因此從鰭角到波傾角的轉換系數為： (432) 減搖鰭的負載轉矩由Theodorsen理論求得，Theodorsen理論將減搖鰭所受的轉矩分為無環(huán)量和環(huán)量部分產生的。這也就是減搖鰭的減搖原理，即力矩對抗原理。而，分別為： (419) 其中，分別為對于波傾角的最大有義波傾角和對于波傾角速度的與波傾角加速度的最大有義波傾角：為遭遇頻率。 海浪仿真模型圖 船舶橫搖的仿真船舶在水中的運動是非常復雜的，有許多不確定因素，因此從嚴格意義上說船舶橫搖運動的模型是非線性的。 波傾角的數字仿真海浪有效波傾角的仿真公式： (416) 式中為海浪有效波傾角的幅值，由它與波傾角的關系，并考慮船寬和吃水的影響，可以得到海浪有效波傾角的幅值： (417) 式中：考慮船寬有限性引起的修正系數，它取決于船寬波長比和 K：考慮船舶吃水有限引起的動水壓修正系數，它取決于吃水波長比和剖面形狀；波高幅值。根據流體力學公式，代入式（44）整理，有： (45) 此時，作用于船舶的海浪是遭遇海浪，其頻率是。目前波能譜常用ITTC波能譜，它是以有義波高表達的單參數譜，即： (41) 式中：； ； 海浪有義波高。 模糊控制器仿真圖 本章小結本章首先介紹了模糊控制的基本原理，然后針對經典PID控制參數確定，不能在線修正，對復雜海況適應性比較差的缺點，設計了自調整模糊PID控制器。取中位數法也比較充分地利用了所有輸出信息，但計算量最大。 ，又稱面積重心法（COA：Center of Area Method） 這是一種廣泛使用的方法，用這種方法找出所截隸屬函數曲線與橫坐標圍成面積的重心，其實質是找出控制作用可能性分布的重心。目前最常用的方法是：最大準則法、最大隸屬度平均法和重心法。 模糊控制規(guī)劃表NBNMNSZOPSPMPBNBBBBBBBBNMSBBBBBSNSSSBBBSSZOSSSBSSSPSSSBBBSSPMSBBBBBSPBBBBBBBB 精確輸出量的解模糊判決經過模糊推理得到的控制輸出是一個模糊隸屬函數或者模糊子集，它反映了控制語言的模糊性，這是一種不同的取值組合。模糊控制器最常用的結構為二維模糊控制器，它的輸入變量一般取誤差和誤差變化，輸出則為控制量的增加。它實質上是從感性認識上升到理性認識的一個飛躍過程。在本論文中，對誤差E、誤差變化EC的隸屬函數均采用三角形型函數。一記偏差的基本論域為卜xe， xe]，偏差變化率的基本論域為[xc， xc]，模糊控制器的輸出變量的基本論域為[Yu} Yu]顯然基本論域內的量是精確量，但是模糊控制算法需要模糊量，因此輸入的精確量需要轉換為模糊量，而模糊算法所得到的模糊控制量需要轉換為精確控制量，即輸出變量，比較適用的模糊化方法是將基本論域分為n個檔次，即取變量的模糊子集 論域為：{n，n+l，…，0，…，n1，n}；從基本論域[a，b]到模糊子集論域[n，n]的轉換公式為：（Y要取整數）(32) 為了實現模糊化，要在上述離散化了的精確量與表示模糊語言的模糊量之間建立關系，即確定論域中的每個元素對各個模糊語言變量的隸屬度，隸屬度是描述某個確定量隸屬于某個模糊語言變量的程度。 自調整模糊PID控制圖中為系統(tǒng)的設定值，即角度給定值；取狀態(tài)變量：，則，為系統(tǒng)偏差與偏差變化率；，為模糊量化處理后，偏差與偏差變化率形成的模糊量；為經模糊判決得到模糊控制器輸出控制變化量。通常三角形隸屬函數、高斯隸屬函數和梯形隸屬函數是使用最多的隸屬函數。解決這兩個問題，往往需要一定工程經驗積累和試驗數據。其具體作用對多個變化條件的前提經推理產生一個決策結果。 模糊化過程與反模糊化過程可被視為模糊規(guī)則與實際控制量之間的接口。推理單元與模糊器和反模糊器一起，從參考輸入計算出真實的輸出值。 （2）推理機制（inference engine）：它執(zhí)行所有的輸出計算。 （3）模糊控制的機理符合人們對過程控制的直觀描述和思維邏輯，由工業(yè)過程的定性過程出發(fā)，建立語言變量控制規(guī)則。其次，模糊控制規(guī)則有類似這樣的控制結構，就是控制輸入和控制輸出是由控制規(guī)則決定的，并且采用“如果那么”這樣的形式。它能夠對真實世界的近似的、不確切的特性進行刻畫，所以很容易為人所接受。其最大優(yōu)點是不依賴于被控制對象的精確數學模型，能夠克服非線性因素的影響。第3章 減搖鰭動力系統(tǒng)電伺服系統(tǒng)模糊控制由于船舶和海洋環(huán)境的復雜性和不確定性，船舶往往要受到各種情況下，不同程度的海浪擾動，減搖鰭伺服系統(tǒng)中的電機轉軸也要承受不同程度的負載擾動，這給船舶減搖鰭系統(tǒng)的有效控制帶來很大困難。與此同時，鰭面產生的作用力在水平方向的分力與船舶行駛方向一致，能幫助驅動船舶向前行駛；當鰭的拍動角增大時，升力反而減小。而且，由于普通減搖鰭已經非常成熟，只需在它的基礎上稍加改動就能實現設計功能，所以結構比較簡單，工程造價也較低，易于大規(guī)模推廣。兩者相比最大的不同就是改變了鰭的拍動方向，雖然也是上下拍動，但鰭面與船體是平行的。橫向拍動鰭能產生較大的升力，并且對船舶的行駛幾乎沒有阻力，但是它機械連動裝置結構復雜，需要驅動的功率大，無法使用船舶的推進能量，更為糟糕的是，在中高航速下無法有效的進行減搖工作。（a）是單翼橫向拍動型零低航速減搖鰭的基本結構示意圖。 單翼零低航速減搖鰭的運動方式示意圖零低航速減搖鰭與仿生魚的尾鰭推進裝置看起來雖然十分的相似，但是它們還是有所不同。 零低航速減搖鰭的工作原理 根據上式（24）可以看出，普通減搖鰭上產生的升力與船速的二次方成正相關關系。 采用鰭角反饋的減搖鰭控制系統(tǒng)原理框圖如果船舶的航速一定，則鰭上的升力和鰭角的關系可進行線性化處理。然而，當鰭角增加到臨界值時，此時流經鰭面的水就不再沿著鰭的表面均勻流動，而是產生低速的小漩渦，使鰭發(fā)生抖振，這樣鰭面上的升力急劇的下降，這就是“失速”現象。其原理如下圖所示： 傳統(tǒng)的減搖鰭減搖原理圖減搖鰭升力作用線與減搖鰭的中軸線垂直，因此： (22) 式中：為鰭軸的軸線與自鰭中心到船舶重心的連線之間的夾角，；為升力的力臂，；為單個鰭上產生的升力。這樣由于上下兩個鰭面之間因為壓差的存在，繼而產生升力。 中高航速減搖鰭的工作原理 常規(guī)減搖鰭是一種能在中高航速下有效減搖的裝置。船舶在航行中受到水文環(huán)境的擾動產生橫搖時，橫搖傳感器檢測到船舶的橫搖角，在減搖鰭控制系統(tǒng)的指令下驅動伺服機構，驅動兩只鰭打到角度相同方向相反的角度，流過鰭上下表面的水使減搖鰭產生升力，從而產生一個扶正力矩來對抗橫搖干擾力矩，從而減輕船舶橫搖。通過異步電機交流伺服系統(tǒng)，使電機旋轉相應的角度，電機輸出角度經減速器減速，得到一定的減搖鰭轉動角度，輸出相應的力矩來抵消船舶橫搖擾動力矩。 （4）制定全航速下減搖鰭控制原則和策略，建立并仿真海浪干擾模型，最后進行全航速下減搖鰭的仿真研究 全航速分為零低和中高兩個階段，以6節(jié)航速為分界線，減搖鰭分別采用不同的工作方式來減搖，建立并仿真長峰波海浪，對兩種工作模式的鰭都采用PID控制算法，仿真取得較好的減搖效果，表明全航速下減搖鰭控制系統(tǒng)理論上是可行的。文章主要從以下四個方面展開： （1）分析零低航速減搖鰭的減搖原理以及工作方式 零低航速減搖鰭的工作原理不同于傳統(tǒng)中高航速鰭，它需要急速的拍動來產生足夠的升力，這樣才能夠抵消橫搖干擾力矩，而鰭的工作方式又分為橫向和縱向拍動兩種，鰭又分為單翼和雙翼，最后綜合考慮與中高速鰭的