深水可移動(dòng)網(wǎng)箱模糊控制系統(tǒng)研究.pdf

1、針對(duì)現(xiàn)有固定式養(yǎng)殖網(wǎng)箱難以躲避海洋惡劣環(huán)境的問(wèn)題，本文在抗風(fēng)浪能力強(qiáng)，網(wǎng)衣維護(hù)方便的橫臥式可翻轉(zhuǎn)網(wǎng)箱基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種能六自由度運(yùn)動(dòng)的深水可移動(dòng)網(wǎng)箱。該網(wǎng)箱具有可拖曳移動(dòng)功能，更換到新的養(yǎng)殖區(qū)域，提高養(yǎng)殖品質(zhì)。通過(guò)改變網(wǎng)箱上氣囊的氣量，調(diào)節(jié)網(wǎng)箱的浮力分布，從而實(shí)現(xiàn)沉浮、旋轉(zhuǎn)、可豎立等功能，方便網(wǎng)箱養(yǎng)殖作業(yè)，滿足多種作業(yè)功能需要。
　　可移動(dòng)網(wǎng)箱在海上的運(yùn)動(dòng)時(shí)受到環(huán)境擾動(dòng)，對(duì)養(yǎng)殖造成不利影響，因此需要研究網(wǎng)箱運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。本文首先建

2、立網(wǎng)箱六個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，分析網(wǎng)箱在海洋空間動(dòng)力學(xué)方程。由于移動(dòng)網(wǎng)箱以水平面運(yùn)動(dòng)為主，對(duì)數(shù)學(xué)模型處理，建立網(wǎng)箱水平面運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化方程?？紤]到網(wǎng)箱系統(tǒng)復(fù)雜的非線性，選用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型進(jìn)行網(wǎng)箱運(yùn)動(dòng)控制。應(yīng)用平行分布補(bǔ)償方法(PDC)和線性反饋控制器技術(shù)，設(shè)計(jì)了移動(dòng)網(wǎng)箱水平面運(yùn)動(dòng)的T-S模糊控制器，采用公共Lyapunov穩(wěn)定性判據(jù)，推導(dǎo)出控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件，并將此問(wèn)題轉(zhuǎn)化為線性矩陣不等式形式(LMI)進(jìn)行優(yōu)

3、化求解，控制器滿足網(wǎng)箱運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在大范圍內(nèi)漸進(jìn)穩(wěn)定的，仿真驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　由于網(wǎng)箱T-S模糊模型控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化了運(yùn)動(dòng)方程，忽略實(shí)際存在的擾動(dòng)。為此，在該系統(tǒng)中加入狀態(tài)乘積噪聲，研究帶乘積噪聲網(wǎng)箱系統(tǒng)的方差被動(dòng)約束控制，推導(dǎo)出輸入被動(dòng)和全局穩(wěn)定的條件，求解得到滿足約束模糊控制器，并轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)MI形式，仿真結(jié)果表明控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力。
　　為解決移動(dòng)網(wǎng)箱在沉浮運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)問(wèn)題，提出以ATmega2560芯片為核心的網(wǎng)

4、箱姿態(tài)控制系統(tǒng)。通過(guò)MPU6050運(yùn)動(dòng)傳感器等檢測(cè)網(wǎng)箱在水中姿態(tài)，加上外圍模塊組成一個(gè)網(wǎng)箱姿態(tài)控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)輸出PWM信號(hào)，調(diào)節(jié)網(wǎng)箱氣囊閥門通斷時(shí)間，對(duì)各個(gè)氣囊充放氣量調(diào)節(jié)，消除運(yùn)動(dòng)姿態(tài)偏差，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)箱穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)。
　　最后制作1/10尺寸網(wǎng)箱模型，進(jìn)行模型水池試驗(yàn)與功能驗(yàn)證。靜水拖曳實(shí)驗(yàn)顯示，該設(shè)計(jì)網(wǎng)箱航行阻力小，網(wǎng)箱縱向拖曳阻力系數(shù)約是橫向運(yùn)動(dòng)的2倍，網(wǎng)箱容積變形損失率小于6％。模型功能測(cè)試表明，該網(wǎng)箱各項(xiàng)功能運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)