船舶智能推进及控制系统设计分析(附件)
摘 要摘 要本课题主要研究的是船舶智能推进及控制系统，而这一课题的重点明显在于船舶的智能性，而何为船舶的智能性则需要讨论。关于这一点的体现，在本文中，主要是通过制作水面无人艇的物理模型，并在PAC系统中输入智能控制程序实现。而关于物理模型的制作所涉及的各设备的安装分析以及智能控制程序中涉及的模糊控制法在本文中也都有体现。各设备的安装，螺旋桨，舵，电机这三部分主要体现的是船舶的智能推进性能，而PAC，三维电子罗盘以及智能控制程序则是体现了船舶的智能控制性能。最后通过GPS取点，回转性以及三位电子罗盘定航这三个实验来验证分析物理模型以及智能控制程序的正确性。而通过这一系列实验，笔者也充分认识到了船舶的智能性的发展前景以及世界船市的发展趋势。关键词：船舶智能，物理模型，模糊控制，控制程序，实验 目 录
第一章 绪论 1
1.1论文研究背景及发展 1
1.1.1课题背景 1
1.1.2课题现状 1
1.2论文主要工作 2
第二章 智能控制理论以及模糊控制介绍 3
2.1智能控制理论概念及发展 3
2.2智能控制的基本特点、评价标准和分类 5
2.2.1智能控制的特点 5
2.2.2智能控制的评价准则 5
2.2.3智能控制系统的分类 5
2.2.4智能控制框图 7
2.3模糊控制法 7
2.3.1模糊控制法的定义 7
2.3.2模糊控制器 9
第三章 模型制作及各部件安装分析 10
3.1引言 10
3.2型线图初步设计 10
3.3初稳性，阻力的计算 11
3.3.1初稳性计算 11
3.3.2阻力计算 12
3.4电机选型 13
3.4.1 定子 13
3.4.2无刷直流电机与有刷直流电机比较 15
3.4.3电机型号 17
3.5螺旋桨初步设计 18
3.6舵力计算 19
3.6.1船用自动舵 19
3.6.2舵面积计算 20
3.6.3舵机选择
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
3.3.2阻力计算 12
3.4电机选型 13
3.4.1 定子 13
3.4.2无刷直流电机与有刷直流电机比较 15
3.4.3电机型号 17
3.5螺旋桨初步设计 18
3.6舵力计算 19
3.6.1船用自动舵 19
3.6.2舵面积计算 20
3.6.3舵机选择 21
3.7 PAC系统 22
3.7.1PAC的概念 22
3.7.2功能优势 23
3.7.3PAC特征 26
3.7.4PAC选取型号及参数 27
3.8三维电子罗盘 29
3.8.1三维电子罗盘选择 29
3.8.2产品参数 29
3.8.3产品电气连接 30
3.9模型制作 32
第四章 控制程序分析 43
4.1引言 43
4.2程序调试初始化 43
4.3模糊控制程序 45
4.3.1模糊控制表 47
第五章 实验及实验结果分析 50
5.1引言 50
5.2GPS取点实验 50
5.2.1实验概况 50
5.3回转性实验 51
5.3.1实验概况 52
5.3.2实验数据 52
5.4三维电子罗盘定航实验 54
5.4.1实验概况 54
5.5实验结论 55
第六章 展望与结束语 56
6.1展望 56
6.2结束语 56
致 谢 58
参考文献 59
第一章 绪论
1.1论文研究背景及发展
1.1.1课题背景
当今的社会每一天都在发展，而伴随这样的发展以及生产力的逐步提高，石油，天然气等等各种资源也正处在逐渐紧缺的尴尬境地，而开采海下资源也渐渐变得极为重要。但现在面对海洋开发这一背景，各国的技术问题也正面临着很大的挑战，这就需要一大批先进的船型，以及能够面对海下各种条件的技术。而船型的优化与提升必定少不了推进系统及控制系统的改良，如果说控制系统是船舶的大脑，那么推进系统就是船舶的心脏，作为船舶上唯一的动力装置，推进系统对于船舶整体的安全性能以及实用价值有着至关重要的作用，并且，随着近年来高速船的迅速发展，更加要求推进系统的改革换代。
所以，解决船舶智能推进及控制系统问题才是解决海洋开发与船舶整体发展与换代的核心。
1.1.2课题现状
本论文课题“船舶智能推进及控制系统设计分析”中所涉及的智能推进系统有主机，传动设备轴系以及推进器，这当中又以推进器为核心。而控制系统则包括很多内容，比如冷却水智能控制系统，柴油机转数智能控制系统，智能火灾报警系统等。而不管是推进系统还是控制系统都体现着船舶行业正在往智能化及现代化发展的趋势。
传统控制的特点是要有确定的模型作为基础，在线性问题上有着较为成熟的理论，但是，控制对象如果是高度非线性时，虽然可以利用一些非线性方法，但是控制效果却不太令人满意，而对更为复杂的系统来说，数学模型更是难以有效建立，所以，为了更为准确的控制，传统控制方法不能单独使用。
智能控制理论的引进主要是为了解决传统方法难以解决的复杂的控制问题，而智能控制理论的研究对象主要的特点主要体现在复杂性，非线性以及不确定性上。智能控制的基础是运筹学、人工智能、计算机科学以及控制系统等学科，并且还展开了其他相关的理论以及技术，而在这之中，专家系统、遗传算法、模糊逻辑、神经网络等理论和自适应控制、自组织控制、自学习控制等技术有着较多的运用。而随着模糊逻辑控制、神经网络控制理论等逐渐发育成熟，20世纪80年代后，智能控制技术开始了他的快速发展之旅，90年代后，工业过程控制,机器人控制,航空航天器控制到故障诊断,管理决策等都成了智能控制的应用对象。而智能控制系统在船舶推进等地方也得到了良好的应用。
以电力船舶中以异步电机为主推进电机的船型为例。模糊控制的优点在于：不需要被控对象有着非常准确的模型。神经网络控制的自学习、自我调整的能力都十分完善。
直接转矩控制技术目前已经开始慢慢向着经典/现代控制理论的应用及集成、多种智能化方法、多种学科技术的相互覆盖交织与应用的趋势发展，目前，智能化技术研究的主要手段都只是理论研究和仿真，所以，直接转矩的控制技术发展的关键以及核心的环节在于怎样进一步地研究直接转矩控制这一命题下的智能化的方法、集成化的方法以及如何在工程上应用的问题。
但是，虽然异步电动机的传动控制和交流传动控制中的一些智能控制方法获得了一定的成果，不过，因为智能理论和设计还没有完善，所以在线运行的速度较慢、结构的不确定、算法不够简单等等缺陷仍然存在。所以，目前国内外学者的研究热点仍然是高性能的异步电动机的控制办法。
我国目前正在积极地自主研发设计，模式也逐渐从以前的“重要设备需要进口，关键技术遭到封锁” 转向“积极鼓励自主研发设计，突破关键技术瓶颈”，而这一转变必将促进我国船舶行业向着自动化，现代化更进一步。
就我国而言，由于
第一章 绪论 1
1.1论文研究背景及发展 1
1.1.1课题背景 1
1.1.2课题现状 1
1.2论文主要工作 2
第二章 智能控制理论以及模糊控制介绍 3
2.1智能控制理论概念及发展 3
2.2智能控制的基本特点、评价标准和分类 5
2.2.1智能控制的特点 5
2.2.2智能控制的评价准则 5
2.2.3智能控制系统的分类 5
2.2.4智能控制框图 7
2.3模糊控制法 7
2.3.1模糊控制法的定义 7
2.3.2模糊控制器 9
第三章 模型制作及各部件安装分析 10
3.1引言 10
3.2型线图初步设计 10
3.3初稳性，阻力的计算 11
3.3.1初稳性计算 11
3.3.2阻力计算 12
3.4电机选型 13
3.4.1 定子 13
3.4.2无刷直流电机与有刷直流电机比较 15
3.4.3电机型号 17
3.5螺旋桨初步设计 18
3.6舵力计算 19
3.6.1船用自动舵 19
3.6.2舵面积计算 20
3.6.3舵机选择
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
3.3.2阻力计算 12
3.4电机选型 13
3.4.1 定子 13
3.4.2无刷直流电机与有刷直流电机比较 15
3.4.3电机型号 17
3.5螺旋桨初步设计 18
3.6舵力计算 19
3.6.1船用自动舵 19
3.6.2舵面积计算 20
3.6.3舵机选择 21
3.7 PAC系统 22
3.7.1PAC的概念 22
3.7.2功能优势 23
3.7.3PAC特征 26
3.7.4PAC选取型号及参数 27
3.8三维电子罗盘 29
3.8.1三维电子罗盘选择 29
3.8.2产品参数 29
3.8.3产品电气连接 30
3.9模型制作 32
第四章 控制程序分析 43
4.1引言 43
4.2程序调试初始化 43
4.3模糊控制程序 45
4.3.1模糊控制表 47
第五章 实验及实验结果分析 50
5.1引言 50
5.2GPS取点实验 50
5.2.1实验概况 50
5.3回转性实验 51
5.3.1实验概况 52
5.3.2实验数据 52
5.4三维电子罗盘定航实验 54
5.4.1实验概况 54
5.5实验结论 55
第六章 展望与结束语 56
6.1展望 56
6.2结束语 56
致 谢 58
参考文献 59
第一章 绪论
1.1论文研究背景及发展
1.1.1课题背景
当今的社会每一天都在发展，而伴随这样的发展以及生产力的逐步提高，石油，天然气等等各种资源也正处在逐渐紧缺的尴尬境地，而开采海下资源也渐渐变得极为重要。但现在面对海洋开发这一背景，各国的技术问题也正面临着很大的挑战，这就需要一大批先进的船型，以及能够面对海下各种条件的技术。而船型的优化与提升必定少不了推进系统及控制系统的改良，如果说控制系统是船舶的大脑，那么推进系统就是船舶的心脏，作为船舶上唯一的动力装置，推进系统对于船舶整体的安全性能以及实用价值有着至关重要的作用，并且，随着近年来高速船的迅速发展，更加要求推进系统的改革换代。
所以，解决船舶智能推进及控制系统问题才是解决海洋开发与船舶整体发展与换代的核心。
1.1.2课题现状
本论文课题“船舶智能推进及控制系统设计分析”中所涉及的智能推进系统有主机，传动设备轴系以及推进器，这当中又以推进器为核心。而控制系统则包括很多内容，比如冷却水智能控制系统，柴油机转数智能控制系统，智能火灾报警系统等。而不管是推进系统还是控制系统都体现着船舶行业正在往智能化及现代化发展的趋势。
传统控制的特点是要有确定的模型作为基础，在线性问题上有着较为成熟的理论，但是，控制对象如果是高度非线性时，虽然可以利用一些非线性方法，但是控制效果却不太令人满意，而对更为复杂的系统来说，数学模型更是难以有效建立，所以，为了更为准确的控制，传统控制方法不能单独使用。
智能控制理论的引进主要是为了解决传统方法难以解决的复杂的控制问题，而智能控制理论的研究对象主要的特点主要体现在复杂性，非线性以及不确定性上。智能控制的基础是运筹学、人工智能、计算机科学以及控制系统等学科，并且还展开了其他相关的理论以及技术，而在这之中，专家系统、遗传算法、模糊逻辑、神经网络等理论和自适应控制、自组织控制、自学习控制等技术有着较多的运用。而随着模糊逻辑控制、神经网络控制理论等逐渐发育成熟，20世纪80年代后，智能控制技术开始了他的快速发展之旅，90年代后，工业过程控制,机器人控制,航空航天器控制到故障诊断,管理决策等都成了智能控制的应用对象。而智能控制系统在船舶推进等地方也得到了良好的应用。
以电力船舶中以异步电机为主推进电机的船型为例。模糊控制的优点在于：不需要被控对象有着非常准确的模型。神经网络控制的自学习、自我调整的能力都十分完善。
直接转矩控制技术目前已经开始慢慢向着经典/现代控制理论的应用及集成、多种智能化方法、多种学科技术的相互覆盖交织与应用的趋势发展，目前，智能化技术研究的主要手段都只是理论研究和仿真，所以，直接转矩的控制技术发展的关键以及核心的环节在于怎样进一步地研究直接转矩控制这一命题下的智能化的方法、集成化的方法以及如何在工程上应用的问题。
但是，虽然异步电动机的传动控制和交流传动控制中的一些智能控制方法获得了一定的成果，不过，因为智能理论和设计还没有完善，所以在线运行的速度较慢、结构的不确定、算法不够简单等等缺陷仍然存在。所以，目前国内外学者的研究热点仍然是高性能的异步电动机的控制办法。
我国目前正在积极地自主研发设计，模式也逐渐从以前的“重要设备需要进口，关键技术遭到封锁” 转向“积极鼓励自主研发设计，突破关键技术瓶颈”，而这一转变必将促进我国船舶行业向着自动化，现代化更进一步。
就我国而言，由于
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