优秀毕业设计论文(水下推进器控制系统设计)罗才宝--PPTPPT文档格式.ppt

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水下推进水下推进器是器是水中水中航行器稳定、安全、可靠运行的关键设备，航行器稳定、安全、可靠运行的关键设备，良好的水下推进器控制系统是航行器的机动性、航程、良好的水下推进器控制系统是航行器的机动性、航程、航速等相关性能的有力保证航速等相关性能的有力保证。

水下推进器在军事上的应用实例如图1和2分别为水下推进器应用于军事方面的资料图：

图图1潜艇应用于海上战斗潜艇应用于海上战斗图图2亮相北京的海豹亮相北京的海豹突击队水下推进器突击队水下推进器设计主要内容n第一部分：

水下推进器机构设计；

n第二部分：

水下推进器控制系统设计；

n第三部分：

水下推进器控制系统模糊PID自适应控制；

n第四部分：

基于Simulink的模糊PID自适应控制的建模与仿真。

第一部分：

水下推进器基本机构设计螺旋桨推螺旋桨推进器进器：

设计研究的是全方位水下推进器，对于螺旋桨推进器的设计设计研究的是全方位水下推进器，对于螺旋桨推进器的设计理论本身是非常复杂的，在此就不详述了理论本身是非常复杂的，在此就不详述了，这里只给出机构这里只给出机构的的简简图如图图如图33所示：

所示：

液压缸液压缸连接杆连接杆外侧转盘外侧转盘内侧转盘内侧转盘推进器轴推进器轴叶片叶片变速杆变速杆图图33全方位水下推进器机构模型图全方位水下推进器机构模型图第二部分：

水下推进器控制系统设计水下推进器控制系统的框架进器控制系统的框架设计设计：

液压伺服系统液压伺服系统11液压伺服系统液压伺服系统33运运动动转转盘盘机机械械传传动动艏艏部部电电流流调调节节器器功功放放装装置置电电机机控控制制机机构构电电机机减减速速器器水水下下航航行行器器电流传感器电流传感器转速传感器转速传感器艉部螺旋桨全方位推进器控制系统艉部螺旋桨全方位推进器控制系统艉艉部部液压伺服系统液压伺服系统22转转速速调调节节器器信信息息处处理理智智能能单单元元导入导入螺距螺距主主轴轴合力矩合力矩图图44水下螺旋桨推进器控制系统简图水下螺旋桨推进器控制系统简图艏部螺旋桨全方位推进器控制系统艏部螺旋桨全方位推进器控制系统第二部分：

水下推进器控制系统设计第三部分：

水下推进器控制系统的模糊PID自适应控制11、模糊模糊PID参数自适应整定控制器的结构参数自适应整定控制器的结构：

如图如图55所示为模糊所示为模糊PID参数自适应整定控制器原理参数自适应整定控制器原理结构框图：

结构框图：

PID控制器模糊推理模糊推理对象对象d/dtd/dtrrinin+-eeececyyoutoutKKppKKiiKKdd图图55模糊模糊PID参数自适应整定控制器原理结构图参数自适应整定控制器原理结构图第三部分：

水下推进器控制系统的模糊PID自适应控制22、模糊模糊PID控制的算法控制的算法：

设定模糊设定模糊PID控制参数控制参数Kpp、Kii、Kdd的整定算式如下：

的整定算式如下：

第四部分：

基于Simulink的模糊PID自适应控制的建模与仿真1、模糊控制器的编辑：

（11）进入）进入FISFIS编辑器编辑器。

图图66模糊逻辑编辑器编辑界面模糊逻辑编辑器编辑界面第四部分：

基于Simulink的模糊PID自适应控制的建模与仿真（22）进入隶属度函数编辑器。

进入隶属度函数编辑器。

EE、EC的隶属函数分布曲线和量化区间分别如图的隶属函数分布曲线和量化区间分别如图77、图、图88所示：

图图77E隶属函数分布曲线和量化区间隶属函数分布曲线和量化区间第四部分：

基于Simulink的模糊PID自适应控制的建模与仿真图图88ECEC隶属函数分布曲线和量化区间隶属函数分布曲线和量化区间第四部分：

基于Simulink的模糊PID自适应控制的建模与仿真（3）进入规则编辑器。

）进入规则编辑器。

图图99模糊控制规则编辑器模糊控制规则编辑器第四部分：

基于Simulink的模糊PID自适应控制的建模与仿真22、常规常规PIDPID控制系统控制系统SimulinkSimulink模型的建立与仿真模型的建立与仿真：

针对被控对象针对被控对象G（s）建立常规）建立常规PID控制系统的阶跃响应模型控制系统的阶跃响应模型。

图图1010常规常规PID控制系统模型控制系统模型第四部分：

基于Simulink的模糊PID自适应控制的建模与仿真常规常规PID控制器对控制对象的速度跟踪仿真结果如图控制器对控制对象的速度跟踪仿真结果如图11所所示：

示：

图图1111常规常规PID控制系统阶跃响应结果控制系统阶跃响应结果第四部分：

基于Simulink的模糊PID自适应控制的建模与仿真33、模糊控制系统模糊控制系统Simulink模型的建立与仿真模型的建立与仿真：

针对被控对象针对被控对象G（s）建立模糊控制系统的阶跃响应模型）建立模糊控制系统的阶跃响应模型。

图图1212模糊控制系统仿真模型模糊控制系统仿真模型第四部分：

基于Simulink的模糊PID自适应控制的建模与仿真调整好模糊控制器对应参数后，启动模糊控制器调整好模糊控制器对应参数后，启动模糊控制器，并调用模糊控制规则进行仿真，得到的控制对象的速度并调用模糊控制规则进行仿真，得到的控制对象的速度跟踪仿真结果如图跟踪仿真结果如图1313所示。

所示。

图图1313模糊控制系统速度阶跃响应跟踪结果模糊控制系统速度阶跃响应跟踪结果第四部分：

基于Simulink的模糊PID自适应控制的建模与仿真44、模糊模糊PID自适应控制系统自适应控制系统Simulink模型的建立与仿真模型的建立与仿真：

针对被控对象针对被控对象G（s）建立模糊）建立模糊PIDPID参数自适应整定的参数自适应整定的阶跃响应控制系统模型如图阶跃响应控制系统模型如图1313所示所示。

图图1414模糊模糊PID参数自适应整定控制系统参数自适应整定控制系统第四部分：

基于Simulink的模糊PID自适应控制的建模与仿真得到的控制对象的速度跟踪仿真结果如图得到的控制对象的速度跟踪仿真结果如图1414所示所示：

图图1515模糊模糊PID参数自适应控制系统速度阶跃响应跟踪结果参数自适应控制系统速度阶跃响应跟踪结果三种控制器的速度跟踪阶跃响应结果比较及分析三种控制器的速度跟踪阶跃响应结果比较及分析：

基于Simulink的模糊PID自适应控制的建模与仿真由图由图1111、1313和和115可以可以得得出模糊控制器与常规出模糊控制器与常规PID控制控制器的控制效果相比较而言，超调量更小，并且调节时间器的控制效果相比较而言，超调量更小，并且调节时间更短，系统的稳定性和快速性要好。

可就控制的准确性更短，系统的稳定性和快速性要好。

可就控制的准确性而言，而言，PID控制的效果要好。

模糊控制的效果要好。

模糊PID参数自适应整定控参数自适应整定控制器克服了模糊控制准确性不高和常规制器克服了模糊控制准确性不高和常规PID控制超调量控制超调量大、快速性差的不足之处，结合二者优点在超调量和调大、快速性差的不足之处，结合二者优点在超调量和调节时间上的控制效果均要比其他两种控制器的控制效果节时间上的控制效果均要比其他两种控制器的控制效果好，并且系统更趋平稳，即模糊好，并且系统更趋平稳，即模糊PID参数自适应整定控参数自适应整定控制实现了控制系统稳、准、快三项基本性能，能满足控制实现了控制系统稳、准、快三项基本性能，能满足控制要求。

制要求。

模糊模糊PID参数自适应整定控制能进行参数参数自适应整定控制能进行参数自适应调节，从仿真结果曲线图很容易看出，自适应调节，从仿真结果曲线图很容易看出，模糊模糊PID自适应控制系统反应灵敏，动作迅自适应控制系统反应灵敏，动作迅速，调节精度提高了，鲁棒性也较好，这是速，调节精度提高了，鲁棒性也较好，这是常规常规PID控制难以实现的，它的一个很重要控制难以实现的，它的一个很重要的特点就是系统的过渡过程明显变短，这在的特点就是系统的过渡过程明显变短，这在实际控制过程中将有重大的意义。

实际控制过程中将有重大的意义。

基于Simulink的模糊PID自适应控制的建模与仿真设计课题水下推进器控制系统设计仿真感悟：

在在Simulink仿真实验过程中发现，模糊仿真实验过程中发现，模糊PID参参数自适应整定控制系统中的参数数自适应整定控制系统中的参数Kpp、Kii、Kdd对系对系统控制效果影响很大，必须要恰当选择这统控制效果影响很大，必须要恰当选择这3个参数个参数的论域才能得到良好的控制特性。

另外，模糊控的论域才能得到良好的控制特性。

另外，模糊控制规则对模糊制规则对模糊PID自适应控制系统中的参数影响较自适应控制系统中的参数影响较大，这将直接影响系统的控制效果，应对模糊控大，这将直接影响系统的控制效果，应对模糊控制器的制器的FIS规则语句的权值和控制规则表作做恰当规则语句的权值和控制规则表作做恰当的选择。

的选择。

设计创新点设计创新点：

设计课题水下推进器控制系统设计设计中较全面地分析和比较了模拟设计中较全面地分析和比较了模拟PIDPID和数字和数字PID控控制方法，分别就常规制方法，分别就常规PIDPID控制，模糊控制和模糊控制，模糊控制和模糊PID参数参数自适应整定控制进行了自适应整定控制进行了MATLAB建模与仿真验证，并详建模与仿真验证，并详细介绍了细介绍了Simulink模糊控制器模块的编辑。

其中，模糊模糊控制器模块的编辑。

其中，模糊PID参数自适应整定控制在参考文献参数自适应整定控制在参考文献1212的基础上进行的基础上进行了改进，比较、分析仿真结果可以得出设计出的控制系了改进，比较、分析仿真结果可以得出设计出的控制系统更能适应水下环境的要求，为水下推进器控制系统提统更能适应水下环境的要求，为水下推进器控制系统提供了一套可以在实际控制过程中采用的控制方法或理论供了一套可以在实际控制过程中采用的控制方法或理论支持及研究动向。

支持及研究动向。

各位老师辛苦了！

设计课题水下推进器控制系统设计恳请各位老师提问、指正！