模糊切换控制：模糊PD与PI在航线跟踪算法中的应用

"该文章是2012年发表在《哈尔滨工程大学学报》上的一篇工程技术论文，主要探讨了一种模糊PD与PI控制切换的航线跟踪算法，旨在优化复杂航迹跟踪过程中的动态和稳态控制性能。研究中，通过舵角反馈将跟踪过程划分为瞬态和稳态两个工作域，并分别采用模糊PD和PI控制器来满足各自工作域的控制要求。全局控制器通过模糊合成方法结合局部控制器。论文还引用了劳斯-赫尔维茨稳定性判据证明了闭环系统的稳定性条件，并通过数值仿真对比实验验证了提出的算法能有效减少过渡时间并保持稳态精度。关键词包括航线跟踪、模糊切换、PID控制、工作域和稳定性。" 本文详细介绍了为解决复杂航迹跟踪问题而设计的一种新型控制策略，即模糊PD与PI控制切换算法。在实际的船舶或飞行器导航中，航线跟踪是一个关键任务，尤其是在面对动态变化和环境不确定性时，需要有高效的控制系统来确保精度和稳定性。 首先，该算法利用舵角反馈作为控制变量，将航线跟踪过程分解为两个阶段：瞬态工作域和稳态工作域。瞬态工作域关注快速响应和动态性能，而稳态工作域则关注长期精度和稳定性。在瞬态阶段，采用了模糊PD（比例-微分）控制器，PD控制器因其对系统响应速度的快速调整能力而被广泛应用。在稳态阶段，采用模糊PI（比例-积分）控制器，PI控制器擅长于消除静差并保持系统在目标状态附近稳定。 模糊控制是该算法的核心特点，它通过模糊逻辑系统来处理不确定性和非线性问题。模糊PD控制器利用模糊推理来调整比例和微分增益，以适应环境变化和系统动态。模糊PI控制器同样利用模糊规则库来优化积分和比例参数，以确保在稳态时的精度。 在设计过程中，作者引用了劳斯-赫尔维茨稳定性判据，这是一个用于分析线性时不变系统的经典方法，以证明整个闭环系统在切换控制策略下的稳定性。这一稳定性分析对于确保系统在各种工作条件下不会出现不稳定行为至关重要。 通过数值仿真实验，文章展示了所提出的模糊切换算法相比传统方法在缩短过渡过程时间方面的优势，同时保持了良好的稳态精度。这些结果为实际应用提供了理论支持，证明了该算法在复杂航迹跟踪问题上的有效性。 这篇论文为航线跟踪控制提供了一种新颖的、适应性强的解决方案，它结合了模糊控制的灵活性和PD/PI控制的优势，能够应对不同工作条件下的挑战，从而提高控制性能。这对于提升自动化导航系统的性能具有重要意义，特别是在海洋工程和航空航天领域。