3.5. Модель и алгоритм системы управления движением судна на основе применения теории нечеткой логики

Структурная схема системы управления движением судна

С развитием теории нечетких множеств и нечеткой логики появляется возможность совершенствования авторулевых на базе использования новой элементарной базы систем управления – нечетких регуляторов, обеспечивающих высокое быстродействие и сравнительно простое программирование.

На рис. 5 приведена структурная схема системы управления движением судна на основе нечеткого регулятора. При управлении судном рулевой следит за отклонение судна от заданного курса и угловая скорость поворота судна и откладывает угол кладки руля в соответствии с этими величинами так, чтобы судно входит на заданный курс с максимальной точностью. При волнении рулевой будет реагировать только на большие отклонения, тем самым ограничивается число перекладки руля, что повышается ресурс службы авторулевого.

Для нечеткого регулятора системы управления движением судна за входные величины принимаем угол отклонения между текущим и заданным курсами судна (в случае стабилизации на траектории к этой величине добавляется поправка за счет бокового отклонения от траектории) и угловая скорость поворота судна а выходную будет угол кладки руля. Закон управления зададим в виде базы правил на основе моделирования действия рулевого при управлении судном.

Модель и алгоритм системы управления движением судна

Теперь для каждой переменной зададим лингвистические термы, соответствующие некоторым диапазонам четких значений.

Для переменной Отклонения предлагается использовать семь термов:

отрицательное большое (ОБ); отрицательное среднее (ОС); отрицательное малое (ОМ); нуль (Н); положительное малое (ПМ); положительное среднее (ПС); положительное большое (ПБ).

Значения функций принадлежностей термов задаются графиками на рис. 6.

Рис. 6. Функции принадлежностей переменной Отклонения

Для второй входной переменной «Угловая скорость» предлагается семь термов: отрицательное большое (ОБ); отрицательное среднее (ОС); отрицательное малое (ОМ); нуль (Н); положительное малое (ПМ); положительное среднее (ПС); положительное большое (ПБ).

Значения функций принадлежностей задаются графиками рис. 7.

Рис. 7. Функции принадлежностей переменной Угловая скорость

Для выходной переменной «Угол кладки руля» также предлагается семь термов: отрицательное большое (ОБ); отрицательное среднее (ОС); отрицательное малое (ОМ); нуль (Н0); положительное малое (ПМ); положительное среднее (ПС); положительное большое (ПБ).

Значения функций принадлежностей задаются графиками рис. 8.

Рис. 8. Функции принадлежностей выходной переменной

Угол кладки руля

Зададим правила управления следующими выражениями:

ЕСЛИ Отклонение отрицательное большое И Угловая скорость отрицательное большое ТО Угол перекладки руля нуль.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное большое И Угловая скорость отрицательное среднее ТО Угол перекладки руля отрицательное малое.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное большое И Угловая скорость отрицательное малое ТО Угол перекладки руля отрицательное среднее.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное большое И Угловая скорость нуль ТО Угол перекладки руля отрицательное большое.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное большое И Угловая скорость положительное малое ТО Угол перекладки руля отрицательное большое.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное большое И Угловая скорость положительное среднее ТО Угол перекладки руля отрицательное большое.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное большое И Угловая скорость положительное большое ТО Угол перекладки руля отрицательное большое.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное среднее И Угловая скорость отрицательное большое ТО Угол перекладки руля положительное малое.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное среднее И Угловая скорость отрицательное среднее ТО Угол перекладки руля отрицательное нуль.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное среднее И Угловая скорость отрицательное малое ТО Угол перекладки руля отрицательное малое.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное среднее И Угловая скорость нуль ТО Угол перекладки руля отрицательное среднее.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное среднее И Угловая скорость положительное малое ТО Угол перекладки руля отрицательное большое.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное среднее И Угловая скорость положительное среднее ТО Угол перекладки руля отрицательное большое.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное среднее И Угловая скорость положительное большое ТО Угол перекладки руля отрицательное большое.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное малое И Угловая скорость отрицательное большое ТО Угол перекладки руля положительное среднее.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное малое И Угловая скорость отрицательное среднее ТО Угол перекладки руля положительное малое.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное малое И Угловая скорость отрицательное малое ТО Угол перекладки руля нуль.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное малое И Угловая скорость нуль ТО Угол перекладки руля отрицательное малое.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное малое И Угловая скорость положительное малое ТО Угол перекладки руля отрицательное среднее.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное малое И Угловая скорость положительное среднее ТО Угол перекладки руля отрицательное большое.

ЕСЛИ Отклонение отрицательное малое И Угловая скорость положительное большое ТО Угол перекладки руля отрицательное большое.

ЕСЛИ Отклонение нуль И Угловая скорость отрицательное большое ТО Угол перекладки руля положительное большое.

ЕСЛИ Отклонение нуль И Угловая скорость отрицательное среднее ТО Угол перекладки руля положительное среднее.

ЕСЛИ Отклонение нуль И Угловая скорость отрицательное малое ТО Угол перекладки руля положительное малое.

ЕСЛИ Отклонение нуль И Угловая скорость нуль ТО Угол перекладки руля нуль.

ЕСЛИ Отклонение нуль И Угловая скорость положительное малое ТО Угол перекладки руля отрицательное малое.

ЕСЛИ Отклонение нуль И Угловая скорость положительное среднее ТО Угол перекладки руля отрицательное среднее.

ЕСЛИ Отклонение нуль И Угловая скорость положительное большое ТО Угол перекладки руля отрицательное большое.

ЕСЛИ Отклонение положительное малое И Угловая скорость отрицательное большое ТО Угол перекладки руля положительное большое.

ЕСЛИ Отклонение положительное малое И Угловая скорость отрицательное среднее ТО Угол перекладки руля положительное большое.

ЕСЛИ Отклонение положительное малое И Угловая скорость отрицательное малое ТО Угол перекладки руля положительное среднее.

ЕСЛИ Отклонение положительное малое И Угловая скорость нуль ТО Угол перекладки руля положительное малое.

ЕСЛИ Отклонение положительное малое И Угловая скорость положительное малое ТО Угол перекладки руля нуль.

ЕСЛИ Отклонение положительное малое И Угловая скорость положительное среднее ТО Угол перекладки руля отрицательное малое.

ЕСЛИ Отклонение положительное малое И Угловая скорость положительное большое ТО Угол перекладки руля отрицательное среднее.

ЕСЛИ Отклонение положительное среднее И Угловая скорость отрицательное большое ТО Угол перекладки руля положительное большое.

ЕСЛИ Отклонение положительное среднее И Угловая скорость отрицательное среднее ТО Угол перекладки руля положительное большое.

ЕСЛИ Отклонение положительное среднее И Угловая скорость отрицательное малое ТО Угол перекладки руля положительное большое.

ЕСЛИ Отклонение положительное среднее И Угловая скорость нуль ТО Угол перекладки руля положительное среднее.

ЕСЛИ Отклонение положительное среднее И Угловая скорость положительное малое ТО Угол перекладки руля положительное малое.

ЕСЛИ Отклонение положительное среднее И Угловая скорость положительное среднее ТО Угол перекладки руля нуль.

ЕСЛИ Отклонение положительное среднее И Угловая скорость положительное большое ТО Угол перекладки руля отрицательное малое.

ЕСЛИ Отклонение положительное большое И Угловая скорость отрицательное большое ТО Угол перекладки руля положительное большое.

ЕСЛИ Отклонение положительное большое И Угловая скорость отрицательное среднее ТО Угол перекладки руля положительное большое.

ЕСЛИ Отклонение положительное большое И Угловая скорость отрицательное малое ТО Угол перекладки руля положительное большое.

ЕСЛИ Отклонение положительное большое И Угловая скорость нуль ТО Угол перекладки руля положительное большое.

ЕСЛИ Отклонение положительное большое И Угловая скорость положительное малое ТО Угол перекладки руля положительное среднее.

ЕСЛИ Отклонение положительное большое И Угловая скорость положительное среднее ТО Угол перекладки руля положительное малое.

ЕСЛИ Отклонение положительное большое И Угловая скорость положительное большое ТО Угол перекладки руля нуль.

Эти правила можно описывать матрицей, значения которой задаются табл. 1. Строки матрицы соответствуют входной переменной Отклонение. Столбцы матрицы соответствуют входной переменной Угловая скорость. Значения в перекрестии строк и столбец отражают значения выходной переменной Угол перекладки руля и соответствуют правилам.

Таблица 1

Таблица базы знания нечеткого регулятора

		Угловая скорость
		ОБ	ОС	ОМ	НУЛЬ	ПМ	ПС	ПБ
Отклонение	ОБ	НУЛЬ	ОМ	ОС	ОБ	ОБ	ОБ	ОБ
	ОС	ПМ	НУЛЬ	ОМ	ОС	ОБ	ОБ	ОБ
	ОМ	ПС	ПМ	НУЛЬ	ОМ	ОС	ОБ	ОБ
	НУЛЬ	ПБ	ПС	ПМ	НУЛЬ	ОМ	ОС	ОБ
	ПМ	ПБ	ПБ	ПС	ПМ	НУЛЬ	ОМ	ОС
	ПС	ПБ	ПБ	ПБ	ПС	ПМ	НУЛЬ	ОМ
	ПБ	ПБ	ПБ	ПБ	ПБ	ПС	ПМ	НУЛЬ