一种基于综合减摇混沌系统的PID控制器优化控制方法技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种基于综合减摇混沌系统的PID控制器优化控制方法，针对船舶减摇问题，对综合减摇系统动力学模型方程进行分析，得到该系统为混沌系统。利用相图与Lyapunov指数谱分析方法，验证该系统在特定条件下的混沌行为，通选取受控参数，利用非线性反馈控制方法使系统的混沌行为得到有效控制。本发明专利技术不仅使系统混沌动力学行为得到了改善，还保留系统原有的动力学特性。将混沌搜索算法与蚁群算法相结合，实现对PID控制参数寻优，使混沌蚁群算法不仅具备较强全局优化能力，同时还加快了系统收敛速度，从而使控制系统性能得到明显提高。对于有效设计出船舶横摇运动的控制器设备具有较强的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于综合减摇混沌系统的PID控制器优化控制方法
本专利技术涉及的是一种船舶减摇控制方法。
技术介绍
随着船舶横摇运动理论飞速发展，国内外学者利用非线性理论及方法开始对船舶减摇过程中出现大量复杂非线性现象进行研究分析。混沌理论及混沌控制理论的发展为船舶横摇运动分析提供了新思路。C.Novara-L.Fagiano提出利用直接反馈控制设计非线性系统，克服由非线性参数变化给设计带来困难，李天伟利用矩形脉冲对船舶航向运动模型进行微扰控制取得良好控制效果，张惠采用数值分析方法指出结构参数变化对机翼非线性系统混沌运动产生影响，为利用改变结构参数实现混沌特性有效控制提供参考依据。大连海事大学的马磊和张显库在船舶力学(第17卷第7期,2013年7月,p741-747.)上面发表了《基于混沌分析的船舶参数激励横摇运动及其减摇鳍控制研究》，文章运用李雅普诺夫指数(Lyapunov)和Welch法对船舶参数激励横摇运动进行混沌分析，发现当参数激励频率接近2倍于船舶固有横摇频率时，船舶参数激励横摇运动出现混沌现象，船舶出现大幅横摇甚至有倾覆危险。而后利用Backstepping方法和闭环增益成形算法设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于船舶综合减摇混沌系统的PID控制器优化控制方法，其特征是：(1)建立综合减摇系统模型，以海浪波倾角作为综合减摇系统输入：船舶同时装备减摇鳍和被动式减摇水舱，减摇鳍产生扶正力矩时，综合减摇系统模型为：(I1+Jt+C)φ··+(2Nφ+B)φ·+(Dh′+A)φ-ρtS0b2z··-2ρtgS0Rz=Kω2ρtS0λtz··+2Ntz·+...

【技术特征摘要】
1.一种基于船舶综合减摇混沌系统的PID控制器优化控制方法，其特征是：(1)建立综合减摇系统模型，以海浪波倾角作为综合减摇系统输入：船舶同时装备减摇鳍和被动式减摇水舱，减摇鳍产生扶正力矩时，综合减摇系统模型为：lf为自减摇鳍上水动力压力中心到船舶重心的作用力臂，ρt为海水密度，V为航速，AF为减摇鳍的投影面积，为升力系数斜率，φ为横摇角，为横摇角速度，为横摇角加速度，Kh为航速调节系数，KI、KP、KD为PID参数，分别为h为初稳心高，F为常数，Kω＝Dhαecosωt为扰动力矩，I1为相对于通过船舶重心的纵轴的惯量和附加惯量之和，为舱内液体对横摇轴的质量惯性矩，S为沿水舱轴线的法线方向的局部截面积，r为微质量dm的质心到横摇轴的距离微质量，为船舶阻尼系数，D为排水量，h′为加入水舱后稳心高，ρt为海水密度，S0为边舱自由液面面积，为水舱轴线对横摇轴的静压力矩，γ为r与d之间的夹角，dl为液体微体积沿水舱轴线的长度，l为U型水舱轴线长度，z为边舱内水位高度，为舱内水柱相当长度，Nt为水舱阻尼系数，R为边舱中至船舶纵中刨面的水平距离，g为重力加速度；(2)将综合减摇系统模型转化为综合减摇混沌系统模型，并利用相图及Lyapunov指数谱分析方法验证综合减摇系统模型具有混沌特性：将综合减摇系统模型的表达式进行无量纲化得：式中：令x1＝φ，x3＝z，将无量纲化方程转化为综合减摇混沌系统模型方程：(3)对综合减摇混沌系统模型进行混沌控制：利用分段二次函数x|x|作为产生混沌的发生器，选择系统Lyapunov指数都为非正所对应的分岔K参数作该船舶综合减摇混沌系统的非线性反馈控制器，并应用于船舶综合减摇混沌系统中进行反馈操作，使船舶综合减摇混沌系统寻找不稳定周期轨道，同时实现混沌系统的有效控制，对步骤(2)中的综合减摇混沌系统模型进行混沌控制，参数与综合减摇混沌系统模型方程相同，此时混沌控制方程为：

【专利技术属性】
技术研发人员：于立君，刘少英，王辉，陈佳，张波波，关作钰，王正坤，李灏，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23