船舶動力定位建模與控制算法研究.pdf

1、隨著人們對海洋資源的重視與開發(fā),對船舶的控制性能、海上作業(yè)的要求也越來越高,傳統(tǒng)的錨泊定位系統(tǒng)已不能滿足正常的工作需求,而動力定位系統(tǒng)具有操作方便、不受水深限制等優(yōu)點,近年來廣泛的應(yīng)用于船舶及海洋平臺,成為深海油氣開發(fā)、海上裝卸、海底鋪管布纜等海上作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。動力定位系統(tǒng)主要包括傳感測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、動力系統(tǒng),本文主要針對動力定位的控制算法進行研究。
　　 本文首先介紹了動力定位系統(tǒng)的組成和工作原理,以及動力

2、定位的研究現(xiàn)狀。然后對動力定位系統(tǒng)中的船舶運動模型進行了研究,對船舶動力定位中遭遇到的風(fēng)、浪、流環(huán)境載荷進行計算,繪制了動力定位能力曲線,對動力定位能力進行分析。
　　 船舶運動受外界干擾力的影響很大,以及船舶運動模型的高度非線性,導(dǎo)致了動力定位控制系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。動力定位控制算法的設(shè)計方法主要分為兩種:一是對低頻運動模型進行線性化,應(yīng)用線性控制理論設(shè)計動力定位控制器;二是直接應(yīng)用非線性控制算法設(shè)計動力定位控制器。本文對這兩種

3、方法分別進行了研究。
　　 在動力定位控制器設(shè)計中,卡爾曼濾波器主要用于狀態(tài)估計以及船舶模型參數(shù)的在線辨識。本文應(yīng)用卡爾曼濾波技術(shù),分離出船舶的低頻和高頻運動信號,得到船舶運動狀態(tài)的最佳估計,并對動力定位船舶的動力學(xué)模型、環(huán)境載荷等參數(shù)進行辨識;同時應(yīng)用線性二次型高斯(Linear Quadmtic Gaussian,LQG)控制方法,并結(jié)合風(fēng)、浪、流的前饋信息,設(shè)計了基于卡爾曼濾波的LQG動力定位控制算法。
　　 預(yù)測