[发明专利]船舶航向变论域模糊控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种自动控制领域的船舶控制方法。

背景技术

船舶航向控制系统作为船舶自动化的重要组成部分，其研究与应用在近几十年来取得了长足进步。目前以专家系统、模糊控制、神经网络等控制算法为核心的第四代自动舵系统，因其控制精度高、适应性强等特点，正被广泛应用在船舶航向控制系统之中。目前比较常见的船舶航向控制系统主要由上位机、航向控制器、舵伺服系统等部分组成。其中上位机作为数据参数的发送端，主要实现航向控制值的设定及当前船舶所受扰动量的输入；航向控制器则在结合相关数据的基础上经过智能算法运算实现控制舵角值的输出；最后由舵伺服系统实现舵机控制及当前舵角反馈，以此实现船舶航向智能控制。故其硬件核心为数据处理模块和数据传输模块。由于航行船舶受到风、浪、流干扰而时刻处于不稳定状态，故须在航行过程中进行航向适当的校正与调节。同时传统的航向控制器因其运算速度慢、数据传输方式单一等缺点，使得控制算法的应用受到了一定限制，同时也在一定程度上影响了航向控制效果。因此选择适合的控制算法并对相关数据进行实时采集及快速运算成为设计船舶航向控制器所应着重考虑的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供采用变论域模糊控制算法实现船舶航向控制的船舶航向变论域模糊控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明船舶航向变论域模糊控制方法，其特征是：

(1)采集当前航向偏差值e；

(2)计算输入伸缩因子，根据当前航向偏差e及航向偏差变化率ec对变论域伸缩因子进行求解：航向偏差伸缩因子为α(e)＝(|e|/30)^0.6、航向偏差变化率伸缩因子为α(ec)＝(|ec|/0.4)^0.6；

(3)计算变论域模糊控制输入量：模糊控制航向偏差输入量Ke＝α(e)×e，航向偏差变化率Kec＝α(ec)×ec；

(4)以偏差输入量Ke及航向偏差变化率Kec作为模糊算法的输入量，利用常规模糊运算过程，求得模糊控制输出量u；

(5)计算输出控制舵角：输出伸缩因子为β(u)＝|e|，故输出控制舵角δ＝β(u)×u.

(6)将步骤(5)获得的舵角指令发送至所伺服系统实现船舶舵控制；

(7)采集当前舵角值，并进行判断：若舵角值存在故障则将故障报告发至上位机，停止程序；无故障转至步骤(1)，准备再次采样。

本发明的优势在于：本发明通过对上位机航向设定值、航行干扰量及舵伺服系统反馈舵角值予以采集并在变论域模糊控制运算的基础上对舵伺服系统进行控制，具有精度高、可靠性好、结构简单等特点，此具有更强的适用性，同时系统结构简单造价低廉。

附图说明

图1为航向控制器结构框图；

图2为航向控制器系统结构框图；

图3为航向控制器系统硬件原理图；

图4为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～4，结合图1，图1所体现的是本发明方法中船舶航向控制器结构示意图，其中航向控制器作为船舶航向控制系统的数据处理核心，通过实时采集上位机发送的航向指令及海浪干扰值并将其与当前航向值进行变论域模糊算法运算，将运算所得的控制舵角值发送至舵伺服系统，同时通过采集当前舵角值并通过船舶数学模型运算获取当前航向值以实现船舶航向闭环控制。

结合图2，图2所体现的是该船舶航向控制器的结构框图。该系统采用双串口通信以实现航向控制器对当前船舶姿态、风浪流干扰值的采集及舵伺服系统的控制。采用以TMS320C6713为核心的数据处理器实现船舶航向的智能控制。通过JTAG接口电路实现程序的下载与调试，并将程序固化数据存储模块中以实现程序的上电自启动。同时，为实现航向控制器的正常数据处理与运算，该系统还应包括可提供3.3V、1.4V直流电压的电源模块及能实现Watch Dog功能的复位电路以及能产生较高工频的时钟模块。