海洋工程船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)濾波技術(shù)研究.pdf

1、由于傳統(tǒng)的錨固系統(tǒng)不能經(jīng)濟(jì)的在深水區(qū)實(shí)現(xiàn)泊船，上個(gè)世紀(jì)60年代，動(dòng)力定位（Dynamic Positioning，DP）系統(tǒng)應(yīng)用于海上鉆井平臺(tái)，以滿足深海鉆井的需要。為了防止波浪高頻分量引起的過度控制活動(dòng)，減少動(dòng)力系統(tǒng)部件的機(jī)械磨損，估計(jì)值進(jìn)入 DP反饋控制回路前應(yīng)采用濾波技術(shù)。在實(shí)踐中，船舶位置和艏向的測(cè)量信息不僅與傳感器的噪聲也與由風(fēng)、浪、流引起的有色噪聲有關(guān)；因此，需要達(dá)到濾波效果，必須濾除測(cè)量信息中的噪聲和高頻信號(hào)。
　　

2、目前，動(dòng)力定位系統(tǒng)的核心技術(shù)基本被國(guó)外所壟斷；本課題依托江蘇省科技廳高新技術(shù)研究項(xiàng)目—“海洋工程船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”，以某大型海洋工程船舶為研究對(duì)象，對(duì)船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的濾波技術(shù)進(jìn)行研究。
　　針對(duì)工作母船，在確立船舶運(yùn)動(dòng)參考坐標(biāo)系和風(fēng)、浪、流環(huán)境干擾力數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)牛頓力學(xué)動(dòng)量定理和動(dòng)量矩陣定理建立船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的低頻和高頻運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，為濾波閉環(huán)系統(tǒng)和船舶運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究提供了仿真平臺(tái)。
　　

3、針對(duì)海洋工程船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)濾波技術(shù)的發(fā)展歷程，介紹了低通濾波器在第一代動(dòng)力定位系統(tǒng)中的應(yīng)用，并設(shè)計(jì)了高低階低通濾波器模型；對(duì)第二代動(dòng)力定位系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛的 Kalman濾波器進(jìn)行方程建立和特性分析；針對(duì)船舶系統(tǒng)模型的不確定性，引入了魯棒濾波理論，深入分析強(qiáng)跟蹤濾波器（STF）和Sage-Husa自適應(yīng)濾波器的優(yōu)缺點(diǎn)，為船舶動(dòng)力定理系統(tǒng)濾波技術(shù)的仿真和研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　建立海洋工程船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的濾波模型，通過濾波仿

4、真，分析低通濾波器在動(dòng)力定位系統(tǒng)中的時(shí)滯特性；分別在船舶模型確定和模型出現(xiàn)偏差時(shí)，分析動(dòng)力定位系統(tǒng)中 Kalman濾波效果。針對(duì)不確定系統(tǒng)模型，設(shè)計(jì)了一種多模型自適應(yīng)融合濾波算法，并運(yùn)用在船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)中，通過仿真研究和比較，該算法能有效克服Kalman濾波器的缺陷，估計(jì)出船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的有效位置和艏向信息。
　　通過實(shí)例說明濾波技術(shù)在控制器中的重要作用，采用PID控制算法設(shè)計(jì)了一種船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)Kalman濾波自動(dòng)舵模型，