[发明专利]一种减摇鳍模糊神经网络PID控制系统与方法

摘要

本发明提供一种减摇鳍模糊神经网络PID控制系统与方法，其中CMAC神经网络前馈控制单元对检测到海浪波倾角信号进行量化、地址映射及CMAC存储后，结合在线学习模糊PID控制器输出的鳍角位移信号，然后经CMAC运算得到减摇鳍抗干扰补偿角位移信号输入减摇鳍伺服传动单元；PLC控制单元接收航速计程仪与角速度传感器检测的信号并拟合后输出至模糊PID控制器；模糊PID控制器处理得到鳍角位移信号发送至减摇鳍伺服传动单元，减摇鳍伺服传动单元根据该鳍角位移信号及前述补偿角位移信号驱动减摇鳍转动，且角位移传感器检测减摇鳍的当前鳍角位移信号并与PLC控制单元发送的鳍角位移信号作差后继续发送给模糊PID控制器，驱动减摇鳍自适应调整，提高控制过程的自适应性。

主权项

一种基于减摇鳍模糊神经网络PID控制系统的减摇鳍模糊神经网络PID控制方法，其特征在于，该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；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；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；并且，该减摇鳍模糊神经网络PID控制方法包括以下步骤：步骤1、在所述CMAC神经网络前馈控制单元接收到海浪波倾角后，如果：1‑1、船舶横摇角未变化，则CMAC神经网络前馈控制单元首先将波倾角信号离散化并给每一个离散后的信号分配一地址，然后将每一个信号存储到事先分配好地址的存储器中，最后经过CMAC函数计算得出减摇鳍抗干扰补偿角位移信号，并将该信号发送至减摇鳍伺服传动单元，然后进入下述步骤2；1‑2、当船舶发生横摇运动时，利用检测到的到船舶横摇角速度信号以及船舶航速信号，通过PLC控制单元进行信号拟合计算，并将拟合后的信号发送至模糊PID控制器，模糊PID控制器处理后输出鳍角位移信号，并发送至减摇鳍伺服传动单元；且所述CMAC神经网络前馈控制单元首先将波倾角信号离散化并给每一个离散后的信号分配一地址，然后将每一个信号存储到事先分配好地址的存储器中，结合在线学习所述模糊PID控制器输出的鳍角位移信号以及前述量化后的波倾角信号经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；然后进入下述步骤3；步骤2、减摇鳍伺服传动单元根据所述1‑1产生的减摇鳍抗干扰补偿角位移信号驱动减摇鳍提前转动，然后返回步骤1；步骤3、减摇鳍伺服传动单元根据所述模糊PID控制器输出鳍角位移信号和前述1‑2产生的减摇鳍抗干扰补偿角位移信号；以及步骤4、检测所述减摇鳍的鳍角位移信号，并与所述PLC控制单元输出的鳍角位移信号作差，得到鳍角位移误差信号，并继续输入所述模糊PID控制器以驱动减摇鳍自适应调整。