طراحی و شبیه‌سازی کنترل مدلغزشی فازی موقعیت زاویه‌ای رولِ ناوچه جنگی، در حضور عدم‌قطعیت‌های ساختاری و اغتشاشات خارجی ناشی از امواج دریا

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 مربی دانشکده مهندسی برق- دانشگاه پدافند هوایی خاتم الانبیاء (ص) - تهران

2 دانشیار دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری

چکیده

یکی از روش‌های پایدارسازی کشتی در مقابله با حرکات غیرخطیِ راستای زاویة رول، کنترل فین‌ها می‌باشد. با توجه به دینامیک کاملاً غیرخطیِ حرکت در راستای زاویة رول کشتی و همچنین با در نظر گرفتن عدم‌قطعیت‌های ساختاری و اغتشاشات خارجی ناشی از امواج دریا، استخراج مدل دینامیکی دقیق به سادگی حاصل نمی‌گردد. لذا، طراحی یک کنترل‌کننده مبتنی بر مدل سیستم که با عملکردی مطلوب، نیروی مناسب را به عنوان ورودی کنترل به فین‌ها اعمال کند و از طرفی بر عدم‌قطعیت‌های ساختاری و غیرساختاری بیان شده غلبه نماید، امری دشوار است. راهکار مرسوم برای کنترل چنین سیستم‌های غیرخطیِ نامطمئنی، استفاده از کنترل مقاومِ غیرخطی است. کنترل مدلغزشی یکی از روش‌های پرکاربرد کنترل مقاومِ غیرخطی است که می‌تواند بر عدم‌قطعیت‌های مذکور غلبه نماید، اما این روش کنترلی در مرحله پیاده‌سازی عملی دارای معایبی همچون لرزش در ورودی کنترل می‌باشد. در این مقاله، برای از بین بردن پدیده نامطلوب لرزش ورودی کنترل، کنترل مدلغزشی با سیستم فازی تاکاگی-سوگنو-کانگ ترکیب می‌شود. کنترل‌کننده مدلغزشی فازی حاصل شده، مزایای کنترل مدلغزشی را دارا بوده و همچنین در پیاده‌سازی آن اثری از پدیده لرزش ورودی کنترل نیست. به عنوان مطالعه موردی و به منظور نمایش عملکرد مطلوب کنترل‌کننده‌های پیشنهادی، یک مسیر مطلوبِ ناهموار و چالش‌برانگیز برای موقعیت زاویه‌ای رول در نظر گرفته شده و کنترل‌کننده‌های‌ مدلغزشی و مدلغزشی فازی بر روی یک ناوچة جنگی پیاده‌سازی و شبیه‌سازی شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

design and simulation of fuzzy sliding mode control of roll angular position of warship, in presence of structured uncertainties and external disturbances caused by sea waves

نویسندگان [English]

  • mohammad veysi 1
  • mohammad reza soltanpour 2
1 Instructor/ Department of Electrical Engineering, Khatam ol Anbia University, Tehran
2 Associate Professor, Department of Electrical Engineering, Shahid Sattari Aeronautical University of Science and Technology
چکیده [English]

One way to stabilize a ship in the face of nonlinear movements in the direction of the roll is to control the fins. Due to the completely non-linear dynamics of the movement in the direction of the ship's roll angle, as well as considering the structural uncertainties and external disturbances caused by the sea waves, it is not easy to extract an accurate dynamic model. Therefore, it is difficult to design a system-based controller that, with optimal performance, applies the appropriate force as a control input to the fins and overcomes the stated structural and non-structural uncertainties. A common way to control such unreliable nonlinear systems is to use nonlinear resistant control. Control of the immersion model is one of the most widely used nonlinear resistive control methods that can overcome these uncertainties, but this control method in the practical implementation stage has disadvantages such as vibration at the control input. In this paper, in order to eliminate the undesirable phenomenon of control input vibration, the control of the immersion model is combined with the Takagi-Sugno-Kang fuzzy system. The controller of the obtained fuzzy immersion model has the advantages of controlling the immersive model and also in its implementation, there is no trace of the phenomenon of control input vibration. As a case study, in order to demonstrate the optimal performance of the proposed controllers, a favorable and challenging optimal path for the position of the roll angle has been considered and the controllers of the immersion model and fuzzy immersion model have been implemented and simulated on a warship.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Control of fuzzy immersion model
  • Takagi-Sugno-Kang fuzzy system
  • position of warship roll angle
  • Uncertainty
  • Fin
[1]      حمید ملکی­زاده، محمدرضا جاهد مطلق، بیژن معاونی، علی معرفیان­پور»  کنترل مدلغزشی رول-فین کشتی در مقابل نوسانات ناشی از امواج و عدم­قطعیت «، دو فصلنامه علمی-پژوهشی دریا فنون، دوره 2، شماره 2، صفحه 41-35، 1394.

[2]      رامبد رستگاری، محمدمهدی پناهیان»  ارائه روشی برای کنترل پایداری رول شناور مطابق با استانداردهای رده­بندی با استفاده از سوئیچ کنترلر PID جهت کنترل ژایرو استابلایزر و جسم جابجاشونده «، فصلنامه علمی-ترویجی مدیریت استاندارد و کیفیت، دوره 6، شماره 2، صفحه 44-34، 1395.

[3]      Perez, Tristan, and Mogens Blanke. "Ship roll damping control." Annual Reviews in Control, Vol. 36, No. 1, pp. 129-147, 2012.

[4]      Su, Xiaoyu, Yannan Gao, and Ruihan Zhao. "Roll Attitude Controller Design for Ships at Zero Speed." International Journal of Fuzzy Systems, Vol. 20, No. 2, pp. 611-620, 2018.

[5]      Santoso, M. Y., I. Munadhif, A. Wahidin, and R. T. Soelistijono. "Rudder-roll stabilization using fgs-pid controller for sigma-e warship." In Journal of Physics: Conference Series, Vol. 855, No. 1, pp. 1-11, 2017.

[6]      Lihua, Liang, Zhao Peng, Zhang Songtao, Ji Ming, and Yuan Jia. "Simulation analysis of fin stabilizer on ship roll control during turning motion." Ocean Engineering, Vol. 164, No. 1, pp. 733-748, 2018.

[7]      Surendran, S., S. K. Lee, and S. Y. Kim. "Studies on an algorithm to control the roll motion using active fins." Ocean Engineering, Vol. 34, No. 3, pp. 542-551, 2007.

[8]      Veysi, Mohammad, and Mohammad Reza Soltanpour. "Eliminating chattering phenomenon in sliding mode control of robot manipulators in the joint-space using fuzzy logic." Journal of Solid and Fluid Mechanics, Shahrood University of Technology, Vol. 2, No. 3, pp. 45-54, 2012.

[9]      Veysi, Mohammad, Mohammad Reza Soltanpour, and Mohammad Hassan Khooban. "A novel self-adaptive modified bat fuzzy sliding mode control of robot manipulator in presence of uncertainties in task space." Robotica, Vol. 33, No. 10, pp. 2045-2064, 2015.

[10]      محمد ویسی، محمدرضا سلطانپور، رامبد رستگاری        » عبور از نقاط تکین فضای کار در کنترل ساختار متغیر موقعیت بازوهای ربات کاربردی در صنایع دریایی، در حضور عدم­قطعیت­ها «، فصلنامه علمی-ترویجی علوم و فناوری دریا، دوره 18، شماره 70، صفحه 42-32، 1393.

[11]      Li, Ronghui, Tieshan Li, Weiwei Bai, and Xian Du. "An adaptive neural network approach for ship roll stabilization via fin control." Neurocomputing 173 (2016): 953-957.

[12]      Luo, Weilin, Bingbing Hu, and Tieshan Li. "Neural network based fin control for ship roll stabilization with guaranteed robustness." Neurocomputing 230 (2017): 210-218.

[13]      Liang, Lihua, Peng Zhao, and Songtao Zhang. "Research and simulation of ship roll control in turning motion." In 2018 37th Chinese Control Conference (CCC), pp. 3841-3846. IEEE, 2018.

[14]      Khalil, Hassan K. Nonlinear control. New York: Pearson, 2015.