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

یکی از روش‌های پایدارسازی کشتی در مقابله با حرکات غیرخطیِ راستای زاویه رول، کنترل فین‌ها می‌باشد. با توجه به دینامیک کاملاً غیرخطیِ حرکت در راستای زاویه 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 تاکاگیسوگنوکانگ 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 ناوچه جنگی پیاده‌سازی و شبیه‌سازی شده است.

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

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 nonlinear 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 systembased controller that, with optimal performance, applies the appropriate force as a control input to the fins and overcomes the stated structural and nonstructural 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 TakagiSugnoKang 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.