【正文】 他淵博的學識、平易近人的風范、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和以身作則的高尚品質(zhì)，不斷激勵我奮進，努力的完成自己的畢業(yè)設計，感謝他為我點亮了通向成功之路的啟明燈！最后，感謝我的母校，希望她能越辦越興旺，培養(yǎng)出更多更優(yōu)秀的人才。而且，我要特別感謝指導我畢業(yè)設計的老師。 Control, 1996：4689 4694；[30] SUN Xi, ZHANG Wei Cun, JIN Yihui. Stable Adaptive Control of Backlash Nonlinear Systems with Bounded Disturbances[C]. Proc of the 31s Conf on Decision amp。參考文獻[1] 譚軍鑫．伺服系統(tǒng)在線傳動間隙辨識及其負面效應抑制(碩士學位論文)[D]．哈爾濱工業(yè)大學，2012：37；[2] 陳建國．船舶橫搖運動仿真及減搖鰭系統(tǒng)控制[D]．大連：大連理工大學，2005：2426；[3] 張安國．船舶減搖鰭控制系統(tǒng)的仿真研究[D].大連海事大學，：2326；[4] Cowley WE，Lambert TH．The Use of Rudder as a Roll Stabilizer[J]．Proeeeding ofSCSS’72，V01．2，Bath，UK，1972：3540；[5] 金鴻章．智能技術(shù)在船舶減搖鰭系統(tǒng)中的應用[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2003：110122；[6] 江同洋．船舶橫搖運動及減搖鰭控制系統(tǒng)的仿真研究[D].大連：大連海事大學，：2030；[7] He Chao, Xu Lixin, Zhang Yuhe．Backlash nonlinear pensation of servo system s using backpropagation neural networks[J]. 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New York, John Wiley amp。 同時，與傳統(tǒng)的減搖鰭電液伺服系統(tǒng)相比，采用電伺服系統(tǒng)具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、制造和維護成本低、控制維修調(diào)試方便、運行可靠、易于實現(xiàn)數(shù)字化等優(yōu)點，能夠簡化系統(tǒng)構(gòu)成、降低系統(tǒng)成本、增強系統(tǒng)性能，同時能夠勝任減搖鰭的各種操作要求。 （3）采用異步電動機矢量控制技術(shù)的電伺服系統(tǒng)具有響應速度快、暫態(tài)時間短、磁鏈幅值保持恒定、在轉(zhuǎn)速變化過程中，電動機的定子電流頻率始終能跟隨轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速同步升降，使轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)更為平滑。本論文圍繞船舶減搖鰭電伺服系統(tǒng)，基于矢量控制技術(shù)展開深入研究得到以下結(jié)論：（1）仿真結(jié)果表明，采用異步電動機矢量控制電伺服系統(tǒng)的減搖鰭能夠以較快的響應速度、較小的動態(tài)誤差跟隨鰭角給定的變化，可以獲得良好的減搖效果。但由于其存在著價格高、體積大、密封器件老化、漏油、維護不方便等缺點。與傳統(tǒng)的電液伺服系統(tǒng)相比，電伺服系統(tǒng)具有更好的減搖效果，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。45176。90176。135176。45176。鰭角給定均方差鰭角反饋均方差鰭角飽和率000000跟蹤誤差減搖前橫搖角度均方差減搖后橫搖角度均方差 減搖效果統(tǒng)計遭遇角90176。135176。45176。90176。135176。 鰭角飽和率為達到限幅角度所占的百分比。：傳統(tǒng)的減搖鰭伺服系統(tǒng)采用的是電液伺服系統(tǒng)，特點是液壓元件輸出力矩比較大；電伺服系統(tǒng)是電機通過減速器直接驅(qū)動減搖鰭簡化了系統(tǒng)同時又采用了響應速度快、暫態(tài)時間短的矢量控制方法，因此其響應特性要優(yōu)于電液伺服系統(tǒng)，船舶減搖鰭控制系統(tǒng)的減搖效果也要略好于電液伺服系統(tǒng)。（海浪有義波高；遭遇浪向角） 減搖效果統(tǒng)計基于以上仿真，對減搖鰭電伺服系統(tǒng)的動態(tài)響應結(jié)果和船舶減搖效果進行統(tǒng)計，其中：統(tǒng)計數(shù)字中的角度均是計算的標準均方差；。 由于我們在仿真中并未考慮船舶和減搖鰭的升沉運動，因此去掉式（532）中含有的項才為仿真模型中減搖鰭負載轉(zhuǎn)矩的計算公式： (434) ，輸入為電動機機械轉(zhuǎn)速經(jīng)減速后積分得到的鰭角及其一階和二階導數(shù)；中間為MATLAB Function單元，調(diào)用m文件按照式（534）進行計算；輸出為減搖鰭負載轉(zhuǎn)矩經(jīng)減速器后產(chǎn)生的電動機負載轉(zhuǎn)矩。無環(huán)量部分產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為環(huán)量部分產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為，所以總的轉(zhuǎn)矩計算式為： (433) 式中： 鰭的平均弦長； 來流速度； 鰭角； 垂直位移； 鰭軸的位置系數(shù)，其值為0。這里僅給出靜態(tài)值，用此值來完成鰭角到波傾角的轉(zhuǎn)換也可以得到較滿意的效果。 實際系統(tǒng)中，減搖鰭在伺服系統(tǒng)的驅(qū)動下產(chǎn)生一定的鰭角，這一環(huán)節(jié)可以認為是將轉(zhuǎn)換成波傾角的比例環(huán)節(jié)，具體的推導過程如下： 減搖鰭產(chǎn)生的扶正力矩為： (430)由式（430）可推得： (431) 式中：鰭的投影面積； 鰭升力系數(shù)斜率； 海水密度； 來流速度； 升力力臂； 船舶排水量； 船舶橫穩(wěn)心高。如果有一個減搖裝置，在它的作用下產(chǎn)生一個對抗海浪擾動力矩的控制力矩凡，則式（418）也可以寫成： (429) 如果使，則上式右邊等于零，于是船舶就會停止橫搖。 實驗證明，式（418）中等號右邊三項橫搖力矩中的和項數(shù)值比項要小得多，所以在一般應用中，僅考慮，對船舶橫搖的作用，于是式（419）的橫搖方程可以寫成： (420) 對式（420）作拉氏變換，并記初始條件為拼，得船舶橫搖的傳遞函數(shù)為： (421) 式中： (422) (423) 可見，船舶的固有橫搖周期為： (424) 考慮某船舶的參數(shù)為：排水量，橫穩(wěn)心高，橫搖周期，無因次阻尼，利用（421）的數(shù)學形式，則得到下式： (425) 也可化為以海浪擾動力矩為輸入的傳遞函數(shù)形式 (426) 考慮到船舶的參數(shù)，由式（425）可以得當海浪和減搖鰭共同作用時的船舶橫搖公式： (427) 由式（427）可以得到： (428) 根據(jù)式（428），輸入為減搖鰭和海浪共同作用的有效波傾角，中間部分是根據(jù)式（525）的船舶參數(shù)部分，輸出為船舶橫搖角及其一階、二階導數(shù)，為下一步控制算法中求解使用。依照Conolly橫搖方程，船舶線性橫搖的數(shù)學模型可以表示為： (418) 式中： I船舶橫搖轉(zhuǎn)動慣量； 船舶附加轉(zhuǎn)動慣量； 船舶橫搖阻尼系數(shù)； 船舶排水量； 船舶橫穩(wěn)心高； 船舶橫搖角。但是，當船舶的橫搖運動角度較小時，可以應用線性橫搖理論來分析船舶的橫搖運動。，模型中的Clock單元輸出的是時間步長，上述的海浪仿真計算過程由MATLAB Function單元調(diào)用m文件來實現(xiàn)，輸出則為海浪的有效波傾角。利用式（41），（49），（413）的遭遇波浪波高仿真表達式進行仿真可以得到作用于船舶上的海浪波高。在實際仿真中要求有較高的速度，N不可能取得太大，一般取2040之間。而不是自然頻率。設船舶以航速V和遭遇浪向角刀在規(guī)則波中航行，該規(guī)則波的傳播速度為C，這時波峰相對于船舶的傳播速度為，即： (42) 遭遇周期： (43) 遭遇頻率： (44) 式中： 稱為波數(shù)，為波長。 波能譜遭遇頻率波能譜船舶在海上以一定的航速和航向航行時，海浪以一定的遭遇頻率作用于船舶，船舶以一定的遭遇頻率響應。 波能譜在海浪的數(shù)學描述中常用波能譜表征不規(guī)則波內(nèi)各單元諧波的能量分布情況。模糊控制器在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，增強了控制系統(tǒng)的魯棒性。利用以上分析的模糊控制器，得到自調(diào)整模糊PID的仿真如下圖所示。本文采用重心法。加權(quán)平均法不僅有公式可循，而且利用了全部信息，是最常用的一種方法。在輸出是離散值的情況下，控制作用可以用下式求得：(37) 不同的解模糊方法，對于同一個模糊子集合而言，會得到不同的結(jié)果。在輸出是離散值集合的情況下，控制作用可以用下式表示： (36) 這里是隸屬函數(shù)達到最大值的那些輸出值，是這些輸出值的個數(shù)。 （MAX：Max Criterion Method） 這種方法是找出控制作用可能性分布達到最大值的輸出點。遺憾的是至今還沒有選擇解模糊策略的系統(tǒng)方法，Zadeh教授首先提出了這個問題并作了嘗試性的建議。然而在實際應用中要控制一個物理對象，只能從模糊輸出隸屬函數(shù)中找出一個最能代表這個模糊集合即模糊控制作用可能性分布的精確量，這就是解模糊判決。根據(jù)以上論述，可以得到如表3. 1所示的模糊控制規(guī)則表。對于這種結(jié)構(gòu)的模糊控制器，常采用所謂的Mamdani控制規(guī)則，其中誤差、誤差變化及控制量增量均取7個語言值，為： {NB，NM，NS，Z0，PS，PM，PB} 根據(jù)模糊集合和模糊關系理論，對于這種模糊控制器最常用的規(guī)則形式“如果A且B，那么C”類型，可以寫為如下形式：如果A1且B1那么U1如果A2且B2那么U2…如果An且Bn那么Un那么輸出控制量，即： (35) 由此，如果知道輸入和、輸出控制量，就可以求出它們的模糊關系；反之若知道模糊關系，就可以根據(jù)輸入量和求出輸出控制量。通?？刂葡到y(tǒng)利用實際輸出值與設定期望值的偏差，還結(jié)合偏差的變化率，根據(jù)模糊關系和模糊推理來對系統(tǒng)進行綜合調(diào)整控制。 把有經(jīng)驗的操作者或?qū)＜业目刂浦R和經(jīng)驗制定出若干模糊控制規(guī)則，并對它們進行形式化數(shù)學處理，這些規(guī)則可以用自然語言來表達，再模仿人的模糊邏輯判斷推理過程，確定推理方法，這樣計算機就可以用模糊化的輸入量，根據(jù)制定的模糊控制規(guī)則和事先確定好的推理方法進行模糊推理并得到模糊輸出量，即模糊輸出隸屬函數(shù)。 （1）經(jīng)驗歸納法 所謂經(jīng)驗歸納法就是根據(jù)人的控制經(jīng)驗（當然是專家和操作人員的經(jīng)驗和控制工程知識）和直覺推理，經(jīng)整理、加工和提煉后構(gòu)成模糊規(guī)則的方法。控制量U的隸屬函數(shù)采用高斯型函數(shù)，其模糊集和論域定義如下： EC和E的模糊集均為{NB，NM，NS，Z0，PS，PM，PB}； U的模糊集為{S，B}； E和EC以及U的論域均為{1，…，1}； E，： 變量E的隸屬函數(shù) 變量