潜器螺旋浆的模糊PID控制及仿真研究
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摘要
随着海洋资源的开发，潜器得到了迅猛的发展。本文的研究的内容是潜器螺旋桨的阀控液压马达模糊PID速度控制。
论文首先分析了潜器—螺旋桨—主机的配合，通过图谱法设计螺旋桨。然后建立阀控马达数学模型并进行分析。包括马达和伺服阀的选定、系统各参数的计算、系统开环传递函数的建立，最后，开环伯德图的分析。
经分析后，系统需要校正。首先采用常规PID控制，并对参数整定。然后用模糊自整定PID控制。并建立它们的仿真模型。
采用Matlab软件将常规PID控制和模糊自整定PID控制分别进行仿真及对比分析。本文采用阶跃信号作用于系统，分为两类情况分析，第一类是模糊自整定参数PID与常规PID系统空载时，在改变液压固有频率参数时的情况下即(ω_h=100变换成ω_h=80)，两种控制阶跃响应；第二类是在突加干扰和加载情况下，比较两种控制系统的响应。定性与定量地分析阶跃曲线，得出满意的结果。
With the development of marine resources, Underwater Vehicle has been developing rapidly. In this paper fuzzy PID velocity control strategy is studied for the valve-controlled motor of Underwater Vehicle propeller.
Firstly, this paper analyzes the match of Underwater Vehicle, propeller, engine. The propeller is designed by figure method. The math model of valve-controlled motor system was established and analyzed, including selection of motor and servo valve, calculation of the system parameters , and the model building of the system open-loop transfunction. At last, the system is analyzed on bode figure.
Through analysis, the system needs correction, firstly the system is controlled by conventional PID and the system parameter is tuned. Then the system is controlled by fuzzy self-tuning PID and the simulation model is established.
Matlab software will be used to analyze conventional PID control and fuzzy self-tuning PID control, then the result of the two systems were compared. The comparison was complished in two condition. First, the step reponse of two systems (fuzzy self-tuning PID and conventional PID )was compared on the variation of the frequency parameter(ω_h=100 is changed intoω_h = 80) when the system is not loaded. Second ,the response of two systems was compared when the disturbance was imposed to systems immediately and the system is loaded. Qualitative and quantitative analysis of step curve is analyzed and the results are satisfying.
论文首先分析了潜器—螺旋桨—主机的配合，通过图谱法设计螺旋桨。然后建立阀控马达数学模型并进行分析。包括马达和伺服阀的选定、系统各参数的计算、系统开环传递函数的建立，最后，开环伯德图的分析。
经分析后，系统需要校正。首先采用常规PID控制，并对参数整定。然后用模糊自整定PID控制。并建立它们的仿真模型。
采用Matlab软件将常规PID控制和模糊自整定PID控制分别进行仿真及对比分析。本文采用阶跃信号作用于系统，分为两类情况分析，第一类是模糊自整定参数PID与常规PID系统空载时，在改变液压固有频率参数时的情况下即(ω_h=100变换成ω_h=80)，两种控制阶跃响应；第二类是在突加干扰和加载情况下，比较两种控制系统的响应。定性与定量地分析阶跃曲线，得出满意的结果。
With the development of marine resources, Underwater Vehicle has been developing rapidly. In this paper fuzzy PID velocity control strategy is studied for the valve-controlled motor of Underwater Vehicle propeller.
Firstly, this paper analyzes the match of Underwater Vehicle, propeller, engine. The propeller is designed by figure method. The math model of valve-controlled motor system was established and analyzed, including selection of motor and servo valve, calculation of the system parameters , and the model building of the system open-loop transfunction. At last, the system is analyzed on bode figure.
Through analysis, the system needs correction, firstly the system is controlled by conventional PID and the system parameter is tuned. Then the system is controlled by fuzzy self-tuning PID and the simulation model is established.
Matlab software will be used to analyze conventional PID control and fuzzy self-tuning PID control, then the result of the two systems were compared. The comparison was complished in two condition. First, the step reponse of two systems (fuzzy self-tuning PID and conventional PID )was compared on the variation of the frequency parameter(ω_h=100 is changed intoω_h = 80) when the system is not loaded. Second ,the response of two systems was compared when the disturbance was imposed to systems immediately and the system is loaded. Qualitative and quantitative analysis of step curve is analyzed and the results are satisfying.
引文
[1] 苏玉民，庞永杰．潜艇原理．哈尔滨工程大学出版社，2005：99页，99—148页
[2] 王国强，盛振邦．船舶推进．国防工业出版，1985
[3] 金鸿章，李国斌．船舶特种装置控制系统．国防工业出版社，1995
[4] 盛振邦，刘应中．船舶原理(下册)．上海交通大学出版社，2004
[5] 李福义．液压技术与液压伺服系统．哈尔滨工程大学出版社，1992
[6] 梁利华．液压传动与电液伺服系统．哈尔滨工程大学出版社，2005．10
[7] 李洪人．液压控制系统．国防工业出版社，1981
[8] 章宏甲，黄谊．液压传动．北京：机械工业出版社，1992
[9] 上海煤矿机械研究所编．液压传动设计手册．上海：上海人民出版社出版，1976
[10] 李殿璞．船舶运动与建模．哈尔滨工程大学出版社，1999
[11] 金鸿章，姚绪梁．船舶控制原理．哈尔滨工程大学出版社，2001
[12] 徐昌文．模糊数学在船舶工程中的应用(第一版)．国防工业出版社，1992
[13] 李国兴，徐晓明．现代潜艇技术及发展．哈尔滨工程大学出版社，1999
[14] 黄继起．自适应控制理论及其在船舶系统中的应用．北京：国防工业出版社，1992
[15] 董世汤．船舶螺旋桨理论．上海交通大学出版社，1985
[16] 广东工学院造船系编写组．船用螺旋桨设计．人民交通出版社出版社，1976
[17] 何克忠，李伟．计算机控制系统．北京：清华大学出版社，1998
[18] 郑大钟．线性系统理论．清华大学出版社，1990
[19] 鄢景华．自动控制原理．哈尔滨工业大学出版社，1996
[20] 李友善．自动控制原理．上册．国防工业出版社，1989，6
[21] 李友善．自动控制原理．下册．国防王业出版社，1990
[22] 余永权，曾碧．单片机模糊逻辑控制．北京航空航天大学出版社，1995
[23]徐科军．传感器与检测技术．北京：电子工业出版社，2004
[24]李士勇．模糊控制神经控制和智能控制论．哈尔滨工业大学出版社，1998
[25]韦巍．智能控制技术．北京：机械王业出版社，2004
[26]韩峻峰．李玉惠等．模糊控制技术．重庆大学出版社，2003
[27]肖位枢．模糊数学基础及应用．航空工业出版社，1992
[28]李国勇．智能控制及其MATLAB实现．北京：电子工业出版社，2005．5
[29]诸静．模糊控制原理与应用．北京：机械工业出版社，2005．1
[30]梅晓榕，柏桂珍，张卯瑞．自动控制元件及线路(第三版)．北京：科学出版社，2005
[31]陶永华．新型PID控制及应用(第二版)．北京：机械工业出版社，2005
[32]刘金琨．先进PID控制MATLAB仿真(第2版)．北京：电子工业出版社，2004．9
[33]王正林，刘明．精通MATLAB7．北京：电子工业出版社，2006．7
[34]李兵．模糊PID液位控制系统的设计与实现．合肥工业大学硕士学位论文．2006
[35]姜秀鹏．一种模糊变结构控制方法在潜器对线控位中的研究．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2002(3)
[36]易斌．潜艇的推进控制及仿真研究．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2006
[37]赵敬伟．伺服阀控液压马达速度控制系统性能研究．山东大学硕士学位论文．2005
[38]王国亮．基于模糊PID补偿器的多电机同步控制策略研究．东北大学硕士学位论文．2006
[39]徐定成．基于自学习的模糊PID参数自整定技术及其应用研究．重庆大学硕士学位论文．2006
[40]俞庭国．模糊PID控制技术在雷达伺服系统中的应用研究．重庆大学硕士学位论文．2005
[41]沈伟．模糊PID控制在水下机器人运动控制中的应用．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2005
[42]熊美华．电液比例阀控马达系统分析与仿真研究．长安大学硕士学位论文．2004
[43]宁海峰．参数模糊自整定PID控制器的研制．华侨大学硕士学位论文．2006
[44]马民．HUDONG型桨设计中船机桨配合的研究．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2001
[45]常晓恒．模糊自适应整定PID控制器的设计．辽宁工程技术大学硕士学位论文．2003
[46]沈岩．船舶液压推进之推进特性的研究．大连海事大学硕士学位论文．2006
[47]常满波，胡鹏飞．基于MATLAB的模糊PID控制器设计与仿真研究．机车电传动．2002．No5，2002
[48]李强华，张根宝．模糊PID控制在水位控制中的应用与仿真．河南科技大学学报．2006．Vol．27 No．4
[49]储岳中，陶永华．基于MATLAB的自适应模糊PID控制系统计算机仿真．安徽工业大学学报．2004．Vol．21 No．1
[50]于旭亮．一种Fuzzy自调整PID调节器的应用．计算机应用炼油化工自动化．1997．6：50
[51]Qin, S. J. Auto-tuned fuzzy logic control. American control conference, 1994. vol3, 29 June-1 July 1994 Page(s):2465-2469Vol. 3
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