一种基于t-s模型带有输入约束的舵减横摇模糊控制器及其控制方法
【专利摘要】本发明属于船舶工程、控制科学与控制工程领域，涉及一种基于T-S模型带有输入约束的舵减横摇模糊控制器及其控制方法。本发明包括T-S模糊控制器模块、船舶横向运动参考模型模块、首摇角速度和横摇角速度观测器模块、舵机伺服系统的模拟模块及控制效果的模拟仿真分析模块，本发明考虑有界的控制输入对闭环系统性能的影响，特别是对闭环稳定性的影响，并且控制器设计引入输入约束后，能够一定程度上降低舵机的磨损，更符合实际工程的应用。
【专利说明】一种基于T-S模型带有输入约束的舵减横摇模糊控制器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于船舶工程、控制科学与控制工程领域，涉及一种基于τ-s模型带有输入约束的舵减横摇模糊控制器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]船舶航行时，操舵时不仅能产生首摇力矩，而且同时产生横摇力矩可以抵消波浪产生的横摇力矩，从而达到减摇的目的。舵减横摇作为一项新的减摇技术，以它卓越的性价比受到了广泛的关注。目前所研究的成果包括经典PID控制、神经网络控制、LQG控制、闭环增益控制、鲁棒控制、预测控制等等。
[0003]在船舶运动建模中总是依据一定的假设，对船舶的运动方程进行线性简化处理，在实际系统中，船舶运动是具有时变性(或参数摄动)和非线性特征的。因此，线性模型不能很好地反映船舶的横摇运动。T-S模糊系统模型是一种为非线性系统进行模糊建模的有效方法。利用模糊规则将局部线性系统模型进行整合，因此可以用较少的规则来描述多输入/输出复杂的非线性系统的动态特性。执行机构舵机存在饱和非线性这类物理约束，输入变量的幅值是有界的。舵机作为执行元件，当舵机打到一定位置后，就不能再开大了，即舵机的幅值作为控制变量是有界的，这就要求在控制器输出的舵角进入舵机前，应该尽量接近或者进入舵机的幅值设定范围内，以免舵角幅值过于饱和，从而加速了对于舵机元件的磨损和破坏，进而影响了控制效果。虽然在实际应用中往往忽略这个问题，但多数情况下，在控制器设计中忽略输入约束将会导致系统性能变差，甚至不稳定。所以在设计模糊控制器时，有必要考虑有界的控制输入对闭环系统性能的影响，特别是对闭环稳定性的影响，并且控制器设计引入输入约束后，能够一定程度上降低舵机的磨损，更符合实际工程的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种更符合工程实际应用的基于T-S模型带有输入约束的舵减横摇模糊控制器，本发明的目的还在于提出一种基于τ-s模型带有输入约束的舵减横摇模糊控制控制方法。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
[0006]基于T-S模型带有输入约束的舵减横摇模糊控制器，包括T-S模糊控制器模块、船舶横向运动参考模型模块、首摇角速度和横摇角速度观测器模块、舵机伺服系统的模拟模块及控制效果的模拟仿真分析模块，Τ-s模糊控制器模块的输入信号为横漂速度V、实际首摇角信号V、实际输出的横摇角信号' Ψ '首摇角速度和横摇角速度输观测器模块输出的横
摇角速度#和首摇角速度#、期望航向指令Vd;舵机伺服系统模拟模块的输出端与船舶横
向运动参考模型模块输出端横摇角、首摇角信号被引出，输入给首摇角速度和横摇角速度输观测器模块，经过观测，作为输入信号端，引入T-S模糊控制器模块；船舶横向运动参考模型模块的输出为船舶的实际横摇角信号和首摇角信号，将每个信号分为两支分别引入控制效果模拟仿真分析模块和T-S模糊控制器模块；期望航向指令被引出，输入给T-S模糊控制器t旲块。
[0007]—种基于T-S模型带有输入约束的舵减横摇模糊控制方法,包括:
[0008]( I)描述船舶横向运动数学非线性模型:
【权利要求】
1.一种基于T-S模型带有输入约束的舵减横摇模糊控制器，包括T-S模糊控制器模块、船舶横向运动参考模型模块、首摇角速度和横摇角速度观测器模块、舵机伺服系统的模拟模块及控制效果的模拟仿真分析模块，其特征在于:T-s模糊控制器模块的输入信号为横漂速度V、实际首摇角信号V、实际输出的横摇角信号釋、首摇角速度和横摇角速度输观测器模块输出的横摇角速度#和首摇角速度#、期望航向指令Vd ;舵机伺服系统模拟模块的输出端与船舶横向运动参考模型模块输出端横摇角、首摇角信号被引出，输入给首摇角速度和横摇角速度输观测器模块，经过观测，作为输入信号端，引入T-S模糊控制器模块；船舶横向运动参考模型模块的输出为船舶的实际横摇角信号和首摇角信号，将每个信号分为两支分别引入控制效果模拟仿真分析模块和T-S模糊控制器模块；期望航向指令被引出，输入给T-S模糊控制器模块。
2.一种基于T-S模型带有输入约束的舵减横摇模糊控制方法，其特征在于: (1)描述船舶横向运动数学非线性模型:
【文档编号】G05B13/04GK103901775SQ201410080540
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2014年3月6日
【发明者】彭秀艳, 唐立志, 王显峰, 王辉, 贾书丽 申请人:哈尔滨工程大学