船舶因各種原因停靠港口，必須要有良好的纜繩繫泊，但每年皆有因纜繩斷裂而導致人員傷亡或財物損失的案例，若是能夠以控制器自動調整纜繩張力達到最佳狀態，以合適的張力負荷適應強大的外力，預期可降低纜繩斷裂的風險。
本研究之主要環境外力為風力，並模擬一艘停靠碼頭之駁船，駁船前後各配置一台絞纜機，分別以纜繩繫固於岸上的繫纜樁，並在不同風速、不同角度風力作用下分析纜繩受力狀況。
本研究使用控制器有三種，分別為PD控制器、模糊控制器、模糊增益PD控制器，PD控制器為較早期開發的控制器，控制方法相對簡單、可靠，但其適應性較差。模糊控制器是一種以語意的方式來描述控制模型狀態，其具有較好的適應性，且容錯效果較佳。模糊增益PD控制器則是綜合上述兩項控制器的優點，以模糊控制自適應的特點，融合在PD控制中，讓PD控制有較好的適應性，並預期在容許的誤差範圍下，控制效果比傳統PD控制好。
本研究分別以駁船上的兩台絞纜機配備模糊增益PD控制器，自動控制絞纜機的收放，藉此調整纜繩張力，並以PD控制器、模糊控制器之兩種傳統的控制器進行比較，分析船體在不同風速、不同角度的風力作用下，分別以船體位置X、Y方向偏移量、船體航向角、艏纜與艉纜受力等探討其控制上的差異。
在比較三種控制器後，發現PD控制器缺少自適應的能力，較無法隨環境變化調整；模糊控制則是傾向使用較大的控制力；而FGS控制是同時具備兩者優點，能夠達到較佳的控制效果。

For various reasons, ships will moor at the port. It has to make sure there is a well mooring arrangement while docking. But every year, there are many cases of casualties or property losses caused by the cables breaking. If the controller can automatically adjust the cable tension to reach the best conditions, and also adapt to the external forces with a suitable tension load. Then it can expect that will reduce the risk of cable breakage。
In this study, the main environmental external forces are winds. And a barge equipped with two mooring winches at the bow and the stern. Both of them were secured to the bollard at the shore with cable respectively. And the study analyzes the cable tension status under the affection of the wind with different speeds and different angles.
There are three types of controllers which are PD controller, Fuzzy controller, and FGS controller (Fuzzy Gain Scheduling of PD controllers) adopted in this study. The PD controller is the earlier developed controller, and the control method is relatively simple and reliable. Although it is poor in adaptability. The fuzzy controller is a way to describe the control model status semantically. It has better adaptability and tolerance for any kind of error condition. The FGS controller combines the advantages of the two controllers above. It fits the self-adaptive of the fuzzy controller into the PD controller. It brings PD controller with more adaptability. And the study expects the FGS control results will be better than traditional PD controller in certain error conditions.
In this study, two mooring winches on the barge were equipped with the FGS controller, which can adjust the cable tension by controlling the retracting and unwinding of the winches automatically. Moreover, the study compares it with traditional PD controller and fuzzy controller by analyzing the ship motion under different wind speeds and angles. And then it discusses the differences of each controller in terms of ship position deviation on X, Y direction, ship motion and the forces on the head line and stern line, etc.
After comparing these two controllers with the FGS controller, the PD controller lacks the self-adaptive ability for the environmental changes. The fuzzy control tends to apply a bigger control force, while the FGS control has both advantages to achieve better control.

摘 要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
符號表 IX
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究背景 1
1-2-1 常用繫固方式介紹 1
1-2-2 艤裝數介紹 1
1-2-3 絞纜機介紹 2
1-2-4 常用索具介紹 2
1-2-5 港口環境風力介紹 3
1-2-6 纜繩斷裂案例介紹 4
1-2-7 PID控制簡介(Proportional-Integral-Derivative Control) 6
1-2-8 模糊控制簡介(Fuzzy Control) 6
1-2-9 模糊增益PID控制法簡介(Fuzzy Gain Scheduling of PID Controllers) 6
第二章 數學模型 7
2-1 船體數學模型 7
2-2 絞纜機數學模型 7
2-3 纜繩數學模型 8
2-3-1 鋼索介紹 8
2-3-2 纖維索介紹 9
2-4 港口風力之數學模型 10
2-5 纜繩布置簡介 11
第三章 絞纜機控制方法 12
3-1 PD控制方法 12
3-2 模糊控制方法 14
3-3 模糊增益PD控制方法 17
第四章 研究結果與討論 20
4-1 駁船與絞纜機模型 20
4-2 風速12.3 m/s下各控制器比較 23
4-2-1 外力條件：風速12.3 m/s、270°來風 24
4-2-2 外力條件：風速12.3 m/s、225°來風 35
4-2-3 外力條件：風速12.3 m/s、180°來風 45
4-2-4 外力條件：風速12.3 m/s、90°來風 55
4-2-5 外力條件：風速12.3 m/s、45°來風 65
4-3 風速30 m/s下模糊控制器與FGS控制器比較 76
4-4 風速30 m/s下不同增益之PD控制器參數比較 83
第五章 結論 91
參考文獻 92

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