[发明专利]一种减摇鳍模糊神经网络PID控制系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及船舶减摇鳍技术领域，具体而言涉及一种减摇鳍模糊神经网络PID控制系统与方法。

背景技术

船舶在水中航行时，由于受到波浪、风及水流等因素的影响，舰船不可避免地会产生各种摇荡，其中以横摇最为显著，影响也最大。剧烈的摇荡对舰船的适航性、安全性、以及设备的正常工作、货物的固定和乘员的舒性都会有很大的影响。为此，人们一直在寻求减小船舶横摇的方法，并研制出多种船舶横摇运动控制装置来减小船舶横摇，主要有舭龙骨，减摇鳍和减摇水舱。减摇鳍是一种最常用的主动式减摇装置，它分为可收放式减摇鳍和不可收放式减摇鳍。其主要包括：机翼型的鳍、转鳍的液压传动装置和电气控制系统。通过控制鳍的转动，使鳍产生对抗横摇的稳定力矩，以达到减少横摇的目的。

目前，减摇鳍是国内外公认的具有良好减摇能力、应用广泛的船舶减摇装置，是舰艇、大型远洋船舶、渔政船、海监船、客滚船、大型油轮等重要的装备，对提高舰艇的作战能力、大型货船的安全性、油轮游客的舒适性均起到良好的保障。

现有技术中的船舶减摇鳍控制系统普遍采用PID控制策略,此控制策略具有结构简单,稳定性好等优点。然而船舶的横摇运动是非线性的,仅在横摇角较小时可以近似为线性系统。当船舶的横摇阻尼或横摇周期或当浪向与船舶航行的夹角发生变化时,即船舶在航行中拥有不确定性,传统的PID控制器的控制参数是固定的,在船舶参数变动的情况下,其减摇效果就会变差或系统不稳定。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种减摇鳍模糊神经网络PID控制系统，解决现有船舶减摇鳍控制系统在复杂水流环境下响应不及时造成舰船航行不稳定的缺陷，并解决对驱动装置远程监控不便的问题。

本发明的另一方面的目的还在于提供一种减摇鳍模糊神经网络PID控制方法。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种减摇鳍模糊神经网络PID控制系统，包括CMAC神经网络前馈控制单元、模糊PID控制器、PLC控制单元、角速度传感器、角位移传感器、航速计程仪、减摇鳍以及减摇鳍伺服传动单元，所述减摇鳍伺服传动单元用于根据输入的信号驱动减摇鳍转动，其中：

所述CMAC神经网络前馈控制单元用于对检测到海浪波倾角信号进行量化、地址映射以及CMAC存储后，结合在线学习所述模糊PID控制器输出的鳍角位移信号，然后将前述鳍角位移信号和量化后的波倾角信号经过CMAC运算得到减摇鳍抗干扰补偿角位移信号并输入所述减摇鳍伺服传动单元；

所述角速度传感器安装在船舶上用于检测船舶在发生横摇时的横摇角速度信号；

所述角位移传感器安装在减摇鳍的鳍轴上用于检测减摇鳍的鳍角位移信号；

所述航速计程仪用于检测船舶的航速信号；

所述航速计程仪与角速度传感器连接至所述PLC控制单元，PLC控制单元接收船舶的横摇角速度信号与航速信号并进行信号拟合，将拟合后输出的信号发送至所述模糊PID控制器；

所述模糊PID控制器推理获得比例、积分、微分整定参数，经过模糊PID控制器处理后得到的鳍角位移信号发送至所述减摇鳍伺服传动单元，所述减摇鳍伺服传动单元根据该鳍角位移信号以及前述减摇鳍抗干扰补偿角位移信号驱动减摇鳍转动，同时所述角位移传感器检测减摇鳍的当前鳍角位移信号，该鳍角位移信号与PLC控制单元发送的鳍角位移信号的差值、即鳍角位移误差信号，继续发送给模糊PID控制器，驱动减摇鳍自适应调整，所述模糊PID控制器、角位移传感器、减摇鳍以及减摇鳍伺服传动单元构成闭环负反馈控制。

进一步的实施例中，所述CMAC神经网络前馈控制单元包括用于将波倾角信号离散数字化的量化模块、用于将离散后的信号分配一特定地址的地址映射模块、用于存储所述已分配地址离散信号的CMAC存储模块、用于计算减摇鳍抗干扰补偿角位移信号的CMAC函数运算模块以及在线学习模块，所述在线学习模块的输入信号为所述模糊PID控制器的输出信号，在线学习模块的输出信号存储在所述CMAC存储模块内，所述CMAC函数运算模块输出的减摇鳍抗干扰补偿角位移信号输入所述减摇鳍伺服传动单元。

进一步的实施例中，所述减摇鳍伺服传动单元包括依次连接的伺服放大器、伺服阀、转鳍油缸以及传动机构，传动机构与减摇鳍连接，所述伺服放大器用于放大输入的信号，然后发送至伺服阀，伺服阀工作后驱动转鳍油缸转动，转鳍油缸经过传动机构带动减摇鳍转动。