基于模糊神经网络的船舶调距桨控制系统仿真.pdf

第10卷 第1期 济南交通高等专科学校学报 Vol. 10 No. 1 2002年3月 JOURNAL OF JINAN COMMUNICATIONS COLLEGE Mar. 2002 基于模糊神经网络的 船舶调距桨控制系统仿真 案德宇’，宁寿辉2 (1.山东交通学院成教部.山东济南 250023;2.大连海事大学研究生部，辽宁大连 116026) 摘要:利用人工神经元网络(ANN)的学习与联想能力，模拟人的经验操作，实现对船舶调距桨系统的智能控 制。在实际控制过程中，当误差及其变化率与样本点匹配时，控制器直接复现所记忆的 “原则”;当与样本不匹 配时，控制器通过联想以相近的“原则”处理，实现连续模糊控制。 关 键 词:可调螺距螺旋桨;PID控制;伺服机构;人工神经元网络 中图分类号:U664. 3 文献标识码:A 文章编号:1009 -6299(2002)01 -0001一04 设计船舶调距桨智能控制系统，是船舶智能自动化的研究课题之一。由于可调螺距螺旋桨(以下简 称调距桨)能在所有工况下充分吸收主机的全功率，提高螺旋桨效率，在部分负荷时可实现螺旋桨与主 机转速的最佳匹配，有良好的机动与操纵性能且易于实现遥控，因而已在国内外多种船舶上得到广泛 应用。目前，调距桨控制系统一般采用传统的PID控制方法，该方法适用于特定的使用工况。但当使用 工况发生变化时，由于控制器的参数不便于调节，不能取得良好的控制效果。基于此，本文将模糊神经 网络控制方法加以改进应用于调距桨装置的控制，以便提高调距桨在各种工况下的控制效果。仿真实 验表明该方法能够克服传统PID控制器适应性差的缺点，控制效果有明显提高“.x10 1 调距桨控制系统的数学模型 根据自动化水平较高的装备调距桨的大型船舶的实际控制系统建立数学模型。在该系统中，调距 桨螺距是由螺距设定信号通过称为桨叶角调节装置的电动随动系统来调节伺服机构的。以下导出控制 系统各主要单元的传递函数，并根据实际情况，确定其中的各个系数。 1.1桨叶角调节装置 该装置是一个具有位置反馈和测速反馈的电动随动系统，它主要由偏差信号放大器、伺服放大器、伺服 电动机及同轴的测速发电机、减速齿轮及曲柄连杆机构组成，其方框图如图1所示，闭环传递函数为[2.31 圈1 桨叶角调节装JE方框图 收稿日期:2001一12一28 作者简介:案德宇(1973一)，男，山东龙口人，山东交通学院助教. 济南交通高等专科学校学报 2002年3月 第10卷 x(s )__ KEA.凡A·Km.L/2 瓦 s一T.S2不1+KSA·K·K. )s+KEA·KSA·K·KPo /Z， 式中 KEA为偏差放大器增益;KSA为伺服放大器增益;Km为伺服电动机传递函数;Tm为伺服电动机机 电时间常数;Krc为测速发电机传递系数;2为齿轮系与涡轮涡杆的减速比;KP。为电位器反馈系数;L 为曲柄连杆长度;VP.为桨叶角设定值;0.为输出角位移;x为曲柄连杆输出位移。 将具体数据(参数)代人，可得 x(s) 333.33 VP.(s) 0. 60 s+21.16s+333.33‘ 1.2 桨叶角伺服机构 调距桨伺服机构是一个位置反馈随动系统。当桨叶角调节装置的曲柄连杆机构使伺服机构的滑阀 阀芯有一段位移时，伺服机构的输出将自动跟随这一输入，使桨叶角改变到输人信号所要求的位置。它 由滑阀、伺服油缸、三点跟随反馈机构及改变桨叶角的曲柄连杆机构组成。 考虑到导向滑阀和主滑阀的阀芯质量都很小，与伺服液压缸的活塞位移和响应对比，位移很小，主 滑阀阀芯的响u间也很短，因此可以把它简化为一个位置反馈随动系统。其简化方框图如图“所示， 闭环传递函数为