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基于模糊控制的船舶舵机系统的设计与实现船舶舵机是船舶操纵系统中的重要组成部分，它负责控制船舶舵角，使船舶朝着预期的航向行驶。
舵机系统的精确控制对船舶的平稳航行和安全运行至关重要。
然而，舵机系统的设计与实现存在难点，主要表现在模糊控制难以有效处理模糊和复杂的船舶运动状态及环境因素，常规PID控制很难满足复杂的控制要求等方面。
在这种情况下，基于模糊控制的舵机系统设计成为研究的热点之一。
一、舵机系统的基本原理与分类船舶舵机系统通过控制舵轮位置或角度，调整结构上的后代力矩和舵片受水动力的大小及方向，从而改变船舶的航向。
舵机系统可根据不同控制对象分为主机舵机系统、螺旋桨舵机系统、操纵桥式舵机系统等。
其中主机舵机系统是指通过控制主机推进器和螺旋桨转速来调整船舶的航向。
螺旋桨舵机系统是指通过控制螺旋桨方向盘来调整螺旋桨叶片的角度，从而改变推进器受水面阻力的大小和方向。
操纵桥式舵机系统则是指通过人员在操纵桥控制室中操作舵机操纵杆，直接控制船舶舵轮转动，从而改变船舶航向。
本文将以操纵桥式舵机系统为例，探讨基于模糊控制的舵机系统的设计与实现。
二、基于模糊控制的船舶舵机系统的设计模糊控制是一种基于人类模糊经验和智慧的控制方法，能有效处理模糊和不确定的控制环境下的问题。
在设计舵机系统的控制器时，可以考虑使用模糊控制器来提高系统对复杂、不确定的环境的适应性和容错性。
1. 模糊控制器的基本构建模糊控制器通常包含模糊化子系统、知识库和推理机三个组成部分。
其中，模糊化子系统将输入值转换为模糊量，知识库存储着运算关系，推理机通过解析事实并运用规则来求取输出值。
2. 舵机系统的设计步骤在设计舵机系统的模糊控制器时，需要遵循如下步骤：(1) 绘制摆线图，确定模糊量与控制量之间的关系。
摆线图可反映输入量和输出量之间的对应关系，可以确定模糊量与控制量之间的映射关系。
(2) 设计模糊化子系统，将输入值转换为模糊量。
将输入信号的取值范围通过模糊化函数映射到隶属度函数上，来表示输入信号所属于的模糊集合。
照蛆电动舵机模糊PD一常规PI D复合控制器设计郭栋李朝富(中国空空导弹研究院，河南洛阳471000)嘲要目控制器是设计高性能电动舵机的关键。
建立了直流无刷电动舵机的数学模型，以此为基础设计了位置环模糊PD-常规PI D复夸控制系统，利用vc++6-o离线计算了模糊PD控制表，利用M adab／si m t l l i nk进行了仿真，仿真结果表明设计的电动舵枫发合控铆系统比仅采用P I D控制性能好，且工程可行洼好。
壕臻悯]元刷直流电动舵机；位显环控制；模糊PD一常规PI D复合控制；计算机仿真近年来，随着直流无刷电机和数字信号处理电路在电动舵机上的应用，电动舵机的输出力矩、抗负载能力、频率响应等指标有了很大提高，而好的控制律对充分发挥数字电动舵机的性能非常重要。
模糊控制作为一种非线性控制，可以离线计算，在线运行的计算量小，且控制性能较好，越来越受到人们的关注。
本文建立了无刷直流电动舵机的数学模型，根据无刷直流电动舵机的特性设计了位置环模糊PD一常规PI D复合控制器，进行了仿真分析，并讨论了该复合控制器的工程可行性。
1电动舵机执行机构的数学模型1．1无刷直流电机建模直流无刷电机线性化模型框图如图1：L，图1直流无刷电机线陛比陵型图1中，￡。
为电机电枢等效电感，R。
为电枢等效电阻，e。
为反电动势，i。
为电机电流。
假设负载为0，可以得到电机转速∞。
(S)和电机电压乩(s)之间的传递函数：型。
㈣：!丛。
…哪’(＼郴LⅡxA。
／tS2+急肆l～12无刷直流电动舵机拙行机构的数学模型电动舵机减速机构的减速比可认为是常数。
在实际应用中，执行机构的有些非线陛不可忽略。
电机输入电压有电压限幅，电机电枢电流有电流限幅，相当于电机有电压饱和及电流饱和非线I生；减速机构结构件之间有间隙，间隙会使舵机动态性能变坏，必须考虑间隙非线I生；减速机构的结构件之间还有摩擦作用，有时还人为加入摩擦，摩擦非线性也必氛考虑。
在模型中加入这些非线性因素后，带负载的执行机构模型框图如图2：图2电机+摘§l鲥讲矧莫型框图2直流无刷电动舵机的位置环复合模糊控制器设计只利用模糊控制器进行系统控制，往往不能满足控制对象的所有指标(尤其是在控制底层)，本文采用了模糊控制和常规P I D控制综合，在偏差比较小时采用常规PID控制，偏差比较大时采用模糊P D控制。
收稿日期:2006-09-29作者简介:曾喜娟(1975—),女(汉),福建莆田人,黎明职业大学电子工程系助教,主要从事电子及电气自动化方面的研究。
文章编号:1008—8075(2007)01—0031—04・科技研究・模糊自适应PID 控制器的设计曾喜娟(黎明职业大学电子工程系 福建 泉州 362000)摘要:基于模糊自适应控制理论,设计了一种模糊自适应PID 控制器,具体介绍了这种PID 控制器的控制特点及参数设计规则,实现PID 控制器的在线自整定和自调整。
通过matlab 软件进行实例仿真表明,这种模糊自适应PID 控制器比常规PID 控制器具有超调量小,调节时间短,提高控制系统实时性和抗干扰能力。
关键词:模糊控制;自适应PID 控制器;matlab 中图分类号:TM57116 文献标识码:A1 引言当前绝大多数的生产过程的自动控制系统装置,不论是气动的、电动的、液动的,它们具有的控制规律都是比例、积分和微分规律(即PID 控制规律)。
PID 控制器原理简单,使用方便,适应力强,具有很强的鲁棒性,即其控制品质对受控对象特性变化不敏感,所以无需频繁的改变控制器的参数。
在实际工业控制过程中经常会碰到大滞后、时变、非线性的复杂系统。
其中,有的参数未知或缓慢变化;有的存在滞后和随机干扰;有的无法获得精确的数学模型。
传统PID 控制方法一般适用于小滞后的过程,按一定的控制性能要求,整定出一组固定的P 、I 、D 调节参数,这样的控制往往是动态和静态性能的一种折中,不能很好的解决动态和静态性能之间矛盾及跟踪设定值与抑制扰动之间的矛盾,系统控制效能不能达到最佳〔1〕。
模糊控制器是近年来发展起来的新型控制器,其特点是不要求掌握受控对象的精确数学模型,而根据人工智能的方法将操作人员的调整经验作为知识存入计算机,根据控制系统的实际响应情况,运用模糊推理的方法,自动实现对PID 参数的最佳调整。
模糊自适应PID 将模糊控制和PID 控制两者结合起来,扬长避短,既具有模糊控制灵活且适应性强的优点,又具有PID 控制精度高的特点,是实现系统的最佳控制的一种有效途径。
第40卷第4期探测与控制学报V。
）40N。
.4 2018年8月JournalofDetection&Control Aug.2018基于模糊自适应的连续整定P I D舵机控制器张展华，桂延宁，周彬，王发林(机电动态控制重点实验室，陕西西安710065)@要：针对现有的二维弹道修正弹电动舵机系统响应速度慢、适应能力差等缺点，提出了基于模糊自适应的连续整定P ID舵机控制器。
该控制器在模糊自适应控制的基础上，通过对模糊控制曲面的3次曲面拟合得到连续的控制函数，并以此控制函数连续的调解整定H D参数，输出对应连续变化的控制信号，调节舵机的转角进而控制弹道偏向。
通过M atlab仿真证明，基于模糊自适应的连续整定P ID舵机控制器与现有的模糊自适应P ID及经典P ID舵机控制器相比，具有更好的动态响应和适应能力，且其计算量相对于连续论域的模糊自适应P ID控制器来讲更少，更适合在高实时性要求的二维弹道修正弹上应用。
关键词：弹道修正弹；电动舵机控制器（莫糊自适应（三次曲面拟合；连续整定PID中图分类号：T J410.2文献标志码：A文章编号：1008-1194(2018)04-0073-07Electromechanical Actuator Continuous Setting PIDController Based on Fuzzy Adaptive ControlZHANGZhanhua, GUIYanning, ZHOUBin, WANGFalin(Science and Technology i Electr'mechanicat Dynamic C'ntrot Laboratory,Xian710065? China)A b stract：Aiming at the problem that the electromechanical actuators using traditiontcorrection projectile is often accompanied with low response time and bad self-adaptation,a continu troller based on fuzzy adaptive control was presented.This controller used cubic surface to fit ol the luzzy adaptive control and took the lunction ol the cubic surface as control lunction rameters,then put the continuous control signal to steer the electromechanical actuator,finally ch the trajectory correction projectile.TheMatlab simulation result showed the continuous setting PID controller based onfuzzy adaptive control could visibly improve the dynamic response and enhance the adaptabil with the PID controller and fuzzy adaptive PID controller.Besides,the computation complexi PID controller based on fuzzy adaptive control was lower than fuzzy adaptive PID controller used on the trajectory correction projectile which required high real-time task.K e y w o r d s:trajectory correction projectiles;electromechanical actuator controller；fuzzy adaptive control；cubicsurface fitting；continuous setting PID0引言在二维弹道修正弹的修正系统中，电动舵机作 为修正执行机构是整个系统中不可或缺的一部分，电动舵机的响应速度和稳态精度等指标会直接影响 二维弹道修正弹的修正能力，因此电动舵机控制器 的设计至关重要。
自适应神经模糊双电位计零死区高精度舵机罗虎，贾瑞清（中国矿业大学机电与信息工程学院，北京100083）来稿日期：2020-01-04作者简介：罗虎，（1993-），男，重庆人，硕士研究生，主要研究方向：机电一体化嵌入式系统集成；贾瑞清，（1958-），男，山西人，博士研究生，博士生导师，教授，主要研究方向：机器人理论及应用1引言舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统[1]。
目前，在高档遥控玩具，如飞机、潜艇模型，遥控机器人中已经得到了普遍应用。
同时舵机广泛应用于多关节机器人，玩具车船，直升机等，具有较好的可靠性和扩展性[2]。
传统的舵机控制方式是通过接收单片机或其他硬件产生的不同脉宽的PWM 波进行舵机输出转角的控制[3-4]。
其精度受控制器产生PWM 脉宽宽度的精度影响，同时还会带来由于依赖于PWM 发生器控制的扩展性问题，难以做到多个舵机串行控制；而采用的控制算法通常是经典PID ，这也使得舵机角度输出不稳定，震荡等问题难以解决[9-12]。
目前控制性和扩展性，最好的舵机产品之一是韩国ROBOTIS 系列舵机，可以单根控制线同时串联摘要：电子舵机的输出轴角位移反馈方式及控制算法直接影响舵机的性能和可控输出角度范围。
目前成熟的舵机控制方式是经典PID ，存在超调或稳定性差等缺点；采用单个微型电位计因其制造几何局限导致舵机可控闭环角度无法360°可控；采用绝对编码器或霍尔角度传感器进行角度全反馈又会带来静态稳定性差，体积大价格昂贵等弊端；基于此，提出自适应神经模糊算法控制，空间180°相位差互补全反馈的双电位计角度传感器的测量方法，实现舵机360°无死区输出；设计单总线协议和自适应神经模糊控制算法，增强舵机扩展性与稳定的控制性；制作了样机进行测试实验。
实验结果表明：自适应神经模糊双电位计角度传感器舵机具有很低的成本，以实现准确整周角位移输出，拥有无超调和稳定性好等优点。
模糊自整定PID控制器设计摘要本文主要研究的是有关模糊自整定PID控制器的设计与仿真，其中涉及到模糊控制，PID控制器，参数自整定三个领域的相关内容。
首先，我们先讨论了模糊控制的原理，历史和它的发展趋势，然后介绍了常规PID控制器和自整定算法的一些内容，最后，结合上述两种控制器的优点，设计出一种基于模糊推理的参数自整定模糊PID控制器。
模糊控制器是把专家的PID参数整定经验总结成模糊控制规则，然后形成模糊控制查询表，模糊控制过程实际上就是一个查表的过程。
模糊控制对具有非线性，时变性，较大的随机干扰等不具有精确的数学模型的控制系统具有较好的控制效果。
而PID参数整定方法是最基本的也是最常用的方法被广泛的应用于各个领域。
将两者有效的结合形成的模糊自整定PID控制器，它的简单性和可实施性是现而易见的。
本文将这种模糊自整定PID控制器应用于带有时滞的二阶系统中并将其同Z-N整定方法，临界灵敏度等常规PID整定方法进行比较。
结果表明，这种控制算法的控制效果明显好于传统的方法。
关键词：模糊控制，PID控制，参数自整定，隶属函数Design of Fuzzy Self-tuning PID Controlle rAbstractIn this paper, the design and simulation of a self-turning fuzzy PID type controller is proposed. The fuzzy control, PID controller and parameters self-turning are described.Firstly, the principle, history and developing trend of fuzzy control are discussed. Secondly, the conventional PID controller and self-turning are introduced. Finally, a self-turning PID controller based on fuzzy inferences is designed by combining the advantages of first one with a second one.A fuzzy controller is built based on the expert’s experiences, then it is changed into an inquiry table. The process of the fuzzy control practically inquires the table. The fuzzy control is good at the inexactly mathematical model such as non-linear, time-variant systems and so on. PID self-turning is the basest and most-used. After attaining the PID self-turning to the fuzzy controller, it is obvious that this method is simple and feasible.In this paper, the fuzzy control PID controller is used to a two-order plus time delay system. Simulation results show that the algorithm has better performance than traditional methods.Keywords Fuzzy control, PID control, self-turning, membership function目录第一章绪论 (1) (1) (1) (2)PID控制算法的基本理论 (3)PID控制器参数整定 (4) (4)第二章模糊控制概述 (4) (4) (5) (5) (6) (9) (9) (10) (12) (16) (18) (19) (20) (22)第三章PID控制原理极其参数自整定概述 (23) (23) (24) (26) (29) (32)第四章模糊自整定PID控制器设计 (35) (35) (36)第五章仿真与分析 (46) (46) (46)小结 (51)第六章结束语 (52)谢辞 (53)参考文献 (54)第一章绪论PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单，鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，至今仍有90%控制回路具有PID结构。
