一種減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)pid控制系統(tǒng)與方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系統(tǒng)與方法，其中CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元對(duì)檢測(cè)到海浪波傾角信號(hào)進(jìn)行量化、地址映射及CMAC存儲(chǔ)后，結(jié)合在線(xiàn)學(xué)習(xí)模糊PID控制器輸出的鰭角位移信號(hào)，然后經(jīng)CMAC運(yùn)算得到減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)輸入減搖鰭伺服傳動(dòng)單元；PLC控制單元接收航速計(jì)程儀與角速度傳感器檢測(cè)的信號(hào)并擬合后輸出至模糊PID控制器；模糊PID控制器處理得到鰭角位移信號(hào)發(fā)送至減搖鰭伺服傳動(dòng)單元，減搖鰭伺服傳動(dòng)單元根據(jù)該鰭角位移信號(hào)及前述補(bǔ)償角位移信號(hào)驅(qū)動(dòng)減搖鰭轉(zhuǎn)動(dòng)，且角位移傳感器檢測(cè)減搖鰭的當(dāng)前鰭角位移信號(hào)并與PLC控制單元發(fā)送的鰭角位移信號(hào)作差后繼續(xù)發(fā)送給模糊PID控制器，驅(qū)動(dòng)減搖鰭自適應(yīng)調(diào)整，提高控制過(guò)程的自適應(yīng)性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶減搖鰭【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言涉及一種減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶在水中航行時(shí)，由于受到波浪、風(fēng)及水流等因素的影響，艦船不可避免地會(huì)產(chǎn)生各種搖蕩，其中以橫搖最為顯著，影響也最大。劇烈的搖蕩對(duì)艦船的適航性、安全性、以及設(shè)備的正常工作、貨物的固定和乘員的舒性都會(huì)有很大的影響。為此，人們一直在尋求減小船舶橫搖的方法，并研制出多種船舶橫搖運(yùn)動(dòng)控制裝置來(lái)減小船舶橫搖，主要有舭龍骨，減搖鰭和減搖水艙。減搖鰭是一種最常用的主動(dòng)式減搖裝置，它分為可收放式減搖鰭和不可收放式減搖鰭。其主要包括:機(jī)翼型的鰭、轉(zhuǎn)鰭的液壓傳動(dòng)裝置和電氣控制系統(tǒng)。通過(guò)控制鰭的轉(zhuǎn)動(dòng)，使鰭產(chǎn)生對(duì)抗橫搖的穩(wěn)定力矩，以達(dá)到減少橫搖的目的。
[0003]目前，減搖鰭是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的具有良好減搖能力、應(yīng)用廣泛的船舶減搖裝置，是艦艇、大型遠(yuǎn)洋船舶、漁政船、海監(jiān)船、客滾船、大型油輪等重要的裝備，對(duì)提高艦艇的作戰(zhàn)能力、大型貨船的安全性、油輪游客的舒適性均起到良好的保障。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的船舶減搖鰭控制系統(tǒng)普遍采用PID控制策略，此控制策略具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。然而船舶的橫搖運(yùn)動(dòng)是非線(xiàn)性的，僅在橫搖角較小時(shí)可以近似為線(xiàn)性系統(tǒng)。當(dāng)船舶的橫搖阻尼或橫搖周期或當(dāng)浪向與船舶航行的夾角發(fā)生變化時(shí)，即船舶在航行中擁有不確定性，傳統(tǒng)的PID控制器的控制參數(shù)是固定的，在船舶參數(shù)變動(dòng)的情況下，其減搖效果就會(huì)變差或系統(tǒng)不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系統(tǒng)，解決現(xiàn)有船舶減搖鰭控制系統(tǒng)在復(fù)雜水流環(huán)境下響應(yīng)不及時(shí)造成艦船航行不穩(wěn)定的缺陷，并解決對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控不便的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明的另一方面的目的還在于提供一種減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法。
[0007]本發(fā)明的上述目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征實(shí)現(xiàn)，從屬權(quán)利要求以另選或有利的方式發(fā)展獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征。
[0008]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0009]一種減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系統(tǒng)，包括CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元、模糊PID控制器、PLC控制單元、角速度傳感器、角位移傳感器、航速計(jì)程儀、減搖鰭以及減搖鰭伺服傳動(dòng)單元，所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元用于根據(jù)輸入的信號(hào)驅(qū)動(dòng)減搖鰭轉(zhuǎn)動(dòng)，其中:
[0010]所述CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元用于對(duì)檢測(cè)到海浪波傾角信號(hào)進(jìn)行量化、地址映射以及CMAC存儲(chǔ)后，結(jié)合在線(xiàn)學(xué)習(xí)所述模糊PID控制器輸出的鰭角位移信號(hào)，然后將前述鰭角位移信號(hào)和量化后的波傾角信號(hào)經(jīng)過(guò)CMAC運(yùn)算得到減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)并輸入所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元；[0011]所述角速度傳感器安裝在船舶上用于檢測(cè)船舶在發(fā)生橫搖時(shí)的橫搖角速度信號(hào);
[0012]所述角位移傳感器安裝在減搖鰭的鰭軸上用于檢測(cè)減搖鰭的鰭角位移信號(hào)；
[0013]所述航速計(jì)程儀用于檢測(cè)船舶的航速信號(hào)；
[0014]所述航速計(jì)程儀與角速度傳感器連接至所述PLC控制單元，PLC控制單元接收船舶的橫搖角速度信號(hào)與航速信號(hào)并進(jìn)行信號(hào)擬合，將擬合后輸出的信號(hào)發(fā)送至所述模糊PID控制器；
[0015]所述模糊PID控制器推理獲得比例、積分、微分整定參數(shù)，經(jīng)過(guò)模糊PID控制器處理后得到的鰭角位移信號(hào)發(fā)送至所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元，所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元根據(jù)該鰭角位移信號(hào)以及前述減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)驅(qū)動(dòng)減搖鰭轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)所述角位移傳感器檢測(cè)減搖鰭的當(dāng)前鰭角位移信號(hào)，該鰭角位移信號(hào)與PLC控制單元發(fā)送的鰭角位移信號(hào)的差值、即鰭角位移誤差信號(hào)，繼續(xù)發(fā)送給模糊PID控制器，驅(qū)動(dòng)減搖鰭自適應(yīng)調(diào)整，所述模糊PID控制器、角位移傳感器、減搖鰭以及減搖鰭伺服傳動(dòng)單元構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋控制。
[0016]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元包括用于將波傾角信號(hào)離散數(shù)字化的量化模塊、用于將離散后的信號(hào)分配一特定地址的地址映射模塊、用于存儲(chǔ)所述已分配地址離散信號(hào)的CMAC存儲(chǔ)模塊、用于計(jì)算減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)的CMAC函數(shù)運(yùn)算模塊以及在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊，所述在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊的輸入信號(hào)為所述模糊PID控制器的輸出信號(hào)，在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊的輸出信號(hào)存儲(chǔ)在所述CMAC存儲(chǔ)模塊內(nèi)，所述CMAC函數(shù)運(yùn)算模塊輸出的減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)輸入所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元。
[0017]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元包括依次連接的伺服放大器、伺服閥、轉(zhuǎn)鰭油缸以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與減搖鰭連接，所述伺服放大器用于放大輸入的信號(hào)，然后發(fā)送至伺服閥，伺服閥工作后驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)鰭油缸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)鰭油缸經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)減搖鰭轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)，本發(fā)明的另一方面還提出一種減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法，包括以下步驟:
[0019]步驟1、在所述CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元接收到海浪波傾角后，如果:
[0020]1-1、船舶橫搖角未變化，則CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元首先將波傾角信號(hào)離散化并給每一個(gè)離散后的信號(hào)分配一地址，然后將每一個(gè)信號(hào)存儲(chǔ)到事先分配好地址的存儲(chǔ)器中，最后經(jīng)過(guò)CMAC函數(shù)計(jì)算得出減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)，并將該信號(hào)發(fā)送至減搖鰭伺服傳動(dòng)單元，然后進(jìn)入下述步驟2 ；
[0021]1-2、當(dāng)船舶發(fā)生橫搖運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用檢測(cè)到的到船舶橫搖角速度信號(hào)以及船舶航速信號(hào)，通過(guò)PLC控制單元進(jìn)行信號(hào)擬合計(jì)算，并將擬合后的信號(hào)發(fā)送至模糊PID控制器，模糊PID控制器處理后輸出鰭角位移信號(hào)，并發(fā)送至減搖鰭伺服傳動(dòng)單元；且所述CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元首先將波傾角信號(hào)離散化并給每一個(gè)離散后的信號(hào)分配一地址，然后將每一個(gè)信號(hào)存儲(chǔ)到事先分配好地址的存儲(chǔ)器中，結(jié)合在線(xiàn)學(xué)習(xí)所述模糊PID控制器輸出的鰭角位移信號(hào)以及前述量化后的波傾角信號(hào)經(jīng)CMAC運(yùn)算得到減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)并輸入所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元；然后進(jìn)入下述步驟3 ；
[0022]步驟2、減搖鰭伺服傳動(dòng)單元根據(jù)所述1-1產(chǎn)生的減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)驅(qū)動(dòng)減搖鰭提前轉(zhuǎn)動(dòng)，然后返回步驟I;
[0023]步驟3、減搖鰭伺服傳動(dòng)單元根據(jù)所述模糊PID控制器輸出鰭角位移信號(hào)和前述1-2產(chǎn)生的減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)；以及
[0024]步驟4、檢測(cè)所述減搖鰭的鰭角位移信號(hào)，并與所述PLC控制單元輸出的鰭角位移信號(hào)作差，得到鰭角位移誤差信號(hào)，并繼續(xù)輸入所述模糊PID控制器以驅(qū)動(dòng)減搖鰭自適應(yīng)調(diào)整。
[0025]由以上本發(fā)明的技術(shù)方案可知，本發(fā)明的減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系統(tǒng)與方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果在于:
[0026]1、將CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制與模糊PID控制相結(jié)合，一方面利用模糊邏輯的“概念”抽象能力和非線(xiàn)性處理能力，另一方面利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力和任意函數(shù)的逼近能力，通過(guò)兩者的有機(jī)結(jié)合，補(bǔ)償海浪擾動(dòng)作用對(duì)橫搖角的影響，保證了船舶的穩(wěn)定性，減搖效果達(dá)到90%以上；
[0027]2、CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元在船舶發(fā)生橫搖前就給出轉(zhuǎn)鰭信號(hào)，大大提高了鰭的響應(yīng)速度，在鰭轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)補(bǔ)償角位移信號(hào)，提高了控制精度；
[0028]3、CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元在模糊PID控制器控制過(guò)程中，不斷在線(xiàn)學(xué)習(xí)鰭控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)CMAC函數(shù)計(jì)算后，補(bǔ)償模糊PID閉環(huán)反饋控制單元中鰭的角位移控制信號(hào)，得到鰭更精確的角位移信號(hào)，進(jìn)一步提高控制過(guò)程的自適應(yīng)性；
[0029]4、與傳統(tǒng)的PID控制器相比，模糊PID控制器參數(shù)在控制過(guò)程中參數(shù)可以實(shí)時(shí)調(diào)整，隨著海況的變化，模糊PID控制器根據(jù)模糊規(guī)則推理獲得實(shí)時(shí)的PID整定參數(shù)，提高了控制過(guò)程的自適應(yīng)性和魯棒性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖2為圖1實(shí)施例中減搖鰭伺服傳動(dòng)單元一個(gè)示例性的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖3為本發(fā)明一實(shí)施方式減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說(shuō)明如下。
[0034]圖1所示為本發(fā)明一實(shí)施方式減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中，一種減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系統(tǒng)，包括CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元、模糊PID控制器、PLC控制單元、角速度傳感器、角位移傳感器、航速計(jì)程儀、減搖鰭以及減搖鰭伺服傳動(dòng)單元，所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元用于根據(jù)輸入的信號(hào)驅(qū)動(dòng)減搖鰭轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0035]所述CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元用于對(duì)檢測(cè)到海浪波傾角信號(hào)進(jìn)行量化、地址映射以及CMAC存儲(chǔ)后，結(jié)合在線(xiàn)學(xué)習(xí)所述模糊PID控制器輸出的鰭角位移信號(hào)，然后將前述鰭角位移信號(hào)和量化后的波傾角信號(hào)經(jīng)過(guò)CMAC運(yùn)算得到減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)并輸入所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元。
[0036]如圖1所示，作為可選的實(shí)施方式，所述CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元包括用于將波傾角信號(hào)離散數(shù)字化的量化模塊、用于將離散后的信號(hào)分配一特定地址的地址映射模塊、用于存儲(chǔ)所述已分配地址離散信號(hào)的CMAC存儲(chǔ)模塊、用于計(jì)算減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)的CMAC函數(shù)運(yùn)算模塊以及在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊，所述在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊的輸入信號(hào)為所述模糊PID控制器的輸出信號(hào)，在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊的輸出信號(hào)存儲(chǔ)在所述CMAC存儲(chǔ)模塊內(nèi)，所述CMAC函數(shù)運(yùn)算模塊輸出的減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)輸入所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元。
[0037]所述角速度傳感器安裝在船舶上用于檢測(cè)船舶在發(fā)生橫搖時(shí)的橫搖角速度信號(hào)。
[0038]所述角位移傳感器安裝在減搖鰭的鰭軸上用于檢測(cè)減搖鰭的鰭角位移信號(hào)。
[0039]所述航速計(jì)程儀用于檢測(cè)船舶的航速信號(hào)。
[0040]所述航速計(jì)程儀與角速度傳感器連接至所述PLC控制單元，PLC控制單元接收船舶的橫搖角速度信號(hào)與航速信號(hào)并進(jìn)行信號(hào)擬合，將擬合后輸出的信號(hào)發(fā)送至所述模糊PID控制器。
[0041]所述模糊PID控制器推理獲得比例(P)、積分(I)、微分(D)整定參數(shù)，經(jīng)過(guò)模糊PID控制器處理后得到的鰭角位移信號(hào)發(fā)送至所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元，所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元根據(jù)該鰭角位移信號(hào)以及前述減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)驅(qū)動(dòng)減搖鰭轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)所述角位移傳感器檢測(cè)減搖鰭的當(dāng)前鰭角位移信號(hào)，該鰭角位移信號(hào)與PLC控制單元發(fā)送的鰭角位移信號(hào)的差值、即鰭角位移誤差信號(hào)，繼續(xù)發(fā)送給模糊PID控制器，驅(qū)動(dòng)減搖鰭自適應(yīng)調(diào)整。
[0042]所述模糊PID控制器、角位移傳感器、減搖鰭以及減搖鰭伺服傳動(dòng)單元構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋控制，使得減搖鰭自適應(yīng)調(diào)整，直至減搖鰭的角位移誤差< 0.05rad，使船舶快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
[0043]如圖2所示，作為可選的實(shí)施方式，所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元包括依次連接的伺服放大器、伺服閥、轉(zhuǎn)鰭油缸以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與減搖鰭連接，所述伺服放大器用于放大輸入的信號(hào)，然后發(fā)送至伺服閥，伺服閥工作后驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)鰭油缸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)鰭油缸經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)減搖鰭轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0044]圖3所示為利用圖1實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法，其中，一種減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法，包括以下步驟:
[0045]步驟1、在所述CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元接收到海浪波傾角后，如果:
[0046]1-1、船舶橫搖角未變化，則CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元首先將波傾角信號(hào)離散化并給每一個(gè)離散后的信號(hào)分配一地址，然后將每一個(gè)信號(hào)存儲(chǔ)到事先分配好地址的存儲(chǔ)器中，最后經(jīng)過(guò)CMAC函數(shù)計(jì)算得出減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)，并將該信號(hào)發(fā)送至減搖鰭伺服傳動(dòng)單元，然后進(jìn)入下述步驟2 ；
[0047]1-2、當(dāng)船舶發(fā)生橫搖運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用檢測(cè)到的到船舶橫搖角速度信號(hào)以及船舶航速信號(hào)，通過(guò)PLC控制單元進(jìn)行信號(hào)擬合計(jì)算，并將擬合后的信號(hào)發(fā)送至模糊PID控制器，模糊PID控制器處理后輸出鰭角位移信號(hào)，并發(fā)送至減搖鰭伺服傳動(dòng)單元；且所述CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元首先將波傾角信號(hào)離散化并給每一個(gè)離散后的信號(hào)分配一地址，然后將每一個(gè)信號(hào)存儲(chǔ)到事先分配好地址的存儲(chǔ)器中，結(jié)合在線(xiàn)學(xué)習(xí)所述模糊PID控制器輸出的鰭角位移信號(hào)以及前述量化后的波傾角信號(hào)經(jīng)CMAC運(yùn)算得到減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)并輸入所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元；然后進(jìn)入下述步驟3 ；
[0048]步驟2、減搖鰭伺服傳動(dòng)單元根據(jù)所述1-1產(chǎn)生的減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)驅(qū)動(dòng)減搖鰭提前轉(zhuǎn)動(dòng)，然后返回步驟I ;
[0049]步驟3、減搖鰭伺服傳動(dòng)單元根據(jù)所述模糊PID控制器輸出鰭角位移信號(hào)和前述1-2產(chǎn)生的減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)；以及
[0050]步驟4、檢測(cè)所述減搖鰭的鰭角位移信號(hào)，并與所述PLC控制單元輸出的鰭角位移信號(hào)作差，得到鰭角位移誤差信號(hào)，并繼續(xù)輸入所述模糊PID控制器以驅(qū)動(dòng)減搖鰭自適應(yīng)調(diào)整。
[0051]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系統(tǒng)，其特征在于，包括CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元、模糊PID控制器、PLC控制單元、角速度傳感器、角位移傳感器、航速計(jì)程儀、減搖鰭以及減搖鰭伺服傳動(dòng)單元，所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元用于根據(jù)輸入的信號(hào)驅(qū)動(dòng)減搖鰭轉(zhuǎn)動(dòng)，其中: 所述CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元用于對(duì)檢測(cè)到海浪波傾角信號(hào)進(jìn)行量化、地址映射以及CMAC存儲(chǔ)后，結(jié)合在線(xiàn)學(xué)習(xí)所述模糊PID控制器輸出的鰭角位移信號(hào)，然后將前述鰭角位移信號(hào)和量化后的波傾角信號(hào)經(jīng)過(guò)CMAC運(yùn)算得到減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)并輸入所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元； 所述角速度傳感器安裝在船舶上用于檢測(cè)船舶在發(fā)生橫搖時(shí)的橫搖角速度信號(hào)； 所述角位移傳感器安裝在減搖鰭的鰭軸上用于檢測(cè)減搖鰭的鰭角位移信號(hào)； 所述航速計(jì)程儀用于檢測(cè)船舶的航速信號(hào)； 所述航速計(jì)程儀與角速度傳感器連接至所述PLC控制單元，PLC控制單元接收船舶的橫搖角速度信號(hào)與航速信號(hào)并進(jìn)行信號(hào)擬合，將擬合后輸出的信號(hào)發(fā)送至所述模糊PID控制器； 所述模糊PID控制器推理獲得比例、積分、微分整定參數(shù)，經(jīng)過(guò)模糊PID控制器處理后得到的鰭角位移信號(hào)發(fā)送至所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元，所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元根據(jù)該鰭角位移信號(hào)以及前述減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)驅(qū)動(dòng)減搖鰭轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)所述角位移傳感器檢測(cè)減搖鰭的當(dāng)前鰭角位移信號(hào)，該鰭角位移信號(hào)與PLC控制單元發(fā)送的鰭角位移信號(hào)的差值、即鰭角位移誤差信號(hào)，繼續(xù)發(fā)送給模糊PID控制器，驅(qū)動(dòng)減搖鰭自適應(yīng)調(diào)整，所述模糊PID控制器、角位移傳感器、減搖鰭以及減搖鰭伺服傳動(dòng)單元構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系統(tǒng)，其特征在于，所述CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元包括用于將波傾角信號(hào)離散數(shù)字化的量化模塊、用于將離散后的信號(hào)分配一特定地址的地址映射模塊、用于存儲(chǔ)所述已分配地址離散信號(hào)的CMAC存儲(chǔ)模塊、用于計(jì)算減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)的CMAC函數(shù)運(yùn)算模塊以及在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊，所述在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊的輸入信號(hào)為所述模糊PID控制器的輸出信號(hào)，在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊的輸出信號(hào)存儲(chǔ)在所述CMAC存儲(chǔ)模塊內(nèi)，所述CMAC函數(shù)運(yùn)算模塊輸出的減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)輸入所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系統(tǒng)，其特征在于，所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元包括依次連接的伺服放大器、伺服閥、轉(zhuǎn)鰭油缸以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與減搖鰭連接，所述伺服放大器用于放大輸入的信號(hào)，然后發(fā)送至伺服閥，伺服閥工作后驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)鰭油缸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)鰭油缸經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)減搖鰭轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.一種基于權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系統(tǒng)的減搖鰭模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、在所述CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元接收到海浪波傾角后，如果: 1-1、船舶橫搖角未變化，則CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元首先將波傾角信號(hào)離散化并給每一個(gè)離散后的信號(hào)分配一地址，然后將每一個(gè)信號(hào)存儲(chǔ)到事先分配好地址的存儲(chǔ)器中，最后經(jīng)過(guò)CMAC函數(shù)計(jì)算得出減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)，并將該信號(hào)發(fā)送至減搖鰭伺服傳動(dòng)單元，然后進(jìn)入下述步驟2 ； 1-2、當(dāng)船舶發(fā)生橫搖運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用檢測(cè)到的到船舶橫搖角速度信號(hào)以及船舶航速信號(hào)，通過(guò)PLC控制單元進(jìn)行信號(hào)擬合計(jì)算，并將擬合后的信號(hào)發(fā)送至模糊PID控制器，模糊PID控制器處理后輸出鰭角位移信號(hào)，并發(fā)送至減搖鰭伺服傳動(dòng)單元；且所述CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制單元首先將波傾角信號(hào)離散化并給每一個(gè)離散后的信號(hào)分配一地址，然后將每一個(gè)信號(hào)存儲(chǔ)到事先分配好地址的存儲(chǔ)器中，結(jié)合在線(xiàn)學(xué)習(xí)所述模糊PID控制器輸出的鰭角位移信號(hào)以及前述量化后的波傾角信號(hào)經(jīng)CMAC運(yùn)算得到減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)并輸入所述減搖鰭伺服傳動(dòng)單元；然后進(jìn)入下述步驟3 ； 步驟2、減搖鰭伺服傳動(dòng)單元根據(jù)所述1-1產(chǎn)生的減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)驅(qū)動(dòng)減搖鰭提前轉(zhuǎn)動(dòng)，然后返回步驟I ; 步驟3、減搖鰭伺服傳動(dòng)單元根據(jù)所述模糊PID控制器輸出鰭角位移信號(hào)和前述1-2產(chǎn)生的減搖鰭抗干擾補(bǔ)償角位移信號(hào)；以及 步驟4、檢測(cè)所述減搖鰭的鰭角位移信號(hào)，并與所述PLC控制單元輸出的鰭角位移信號(hào)作差，得到鰭角 位移誤差信號(hào)，并繼續(xù)輸入所述模糊PID控制器以驅(qū)動(dòng)減搖鰭自適應(yīng)調(diào)整。
【文檔編號(hào)】B63B39/06GK103818525SQ201410073755
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】張鴻鵠, 陸寶春, 蔡飛, 劉洪春, 張衛(wèi), 馮建國(guó), 郭蓮 申請(qǐng)人:揚(yáng)州市江都永堅(jiān)有限公司, 南京理工大學(xué)