深水可移动网箱模糊控制系统研究

深水可移动网箱模糊控制系统研究

作者:师大云端图书馆 时间:2018-10-02 分类:硕士论文 喜欢:3378
师大云端图书馆

【摘要】针对现有固定式养殖网箱难以躲避海洋恶劣环境的问题,本文在抗风浪能力强,网衣维护方便的横卧式可翻转网箱基础上,设计出一种能六自由度运动的深水可移动网箱。该网箱具有可拖曳移动功能,更换到新的养殖区域,提高养殖品质。通过改变网箱上气囊的气量,调节网箱的浮力分布,从而实现沉浮、旋转、可竖立等功能,方便网箱养殖作业,满足多种作业功能需要。可移动网箱在海上的运动时受到环境扰动,对养殖造成不利影响,因此需要研究网箱运动控制系统。本文首先建立网箱六个自由度运动数学模型,分析网箱在海洋空间动力学方程。由于移动网箱以水平面运动为主,对数学模型处理,建立网箱水平面运动简化方程。考虑到网箱系统复杂的非线性,选用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型进行网箱运动控制。应用平行分布补偿方法(PDC)和线性反馈控制器技术,设计了移动网箱水平面运动的T-S模糊控制器,采用公共Lyapunov稳定性判据,推导出控制系统稳定的充分条件,并将此问题转化为线性矩阵不等式形式(LMI)进行优化求解,控制器满足网箱运动系统在大范围内渐进稳定的,仿真验证了该方法的有效性。由于网箱T-S模糊模型控制系统简化了运动方程,忽略实际存在的扰动。为此,在该系统中加入状态乘积噪声,研究带乘积噪声网箱系统的方差被动约束控制,推导出输入被动和全局稳定的条件,求解得到满足约束模糊控制器,并转化为LMI形式,仿真结果表明控制系统具有良好的抗干扰能力。为解决移动网箱在沉浮运动失稳问题,提出以ATmega2560芯片为核心的网箱姿态控制系统。通过MPU6050运动传感器等检测网箱在水中姿态,加上外围模块组成一个网箱姿态控制系统。该控制系统输出PWM信号,调节网箱气囊阀门通断时间,对各个气囊充放气量调节,消除运动姿态偏差,实现网箱稳定的运动。最后制作1/10尺寸网箱模型,进行模型水池试验与功能验证。静水拖曳实验显示,该设计网箱航行阻力小,网箱纵向拖曳阻力系数约是横向运动的2倍,网箱容积变形损失率小于6%。模型功能测试表明,该网箱各项功能运行稳定,设计的控制系统达到多种运动任务要求,验证该网箱网箱可行性,为在海上使用推广奠定技术基础。
【作者】付宗国;
【导师】谢永和;
【作者基本信息】浙江海洋学院,捕捞学,2014,硕士
【关键词】可移动网箱;Takagi-Sugeno模糊控制;乘积噪声;ATmega2560;

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