水上航行器動(dòng)力定位系統(tǒng)的控制算法研究.pdf

1、隨著水上航行器在海上作業(yè)的要求不斷提高，傳統(tǒng)的控制算法已經(jīng)無(wú)法滿足水上航行器動(dòng)力定位(Dynamic Positioning—DP)系統(tǒng)在復(fù)雜海況下的工作要求，本文以水上航行器的動(dòng)力定位系統(tǒng)為研究對(duì)象，主要設(shè)計(jì)一種比較通用的算法能夠解決它在多種海況條件下的應(yīng)用問(wèn)題。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”，以某大型耙吸挖泥船為參考模型，針對(duì)設(shè)計(jì)的算法進(jìn)行了操作測(cè)試，并取得了比較理想的效果。本

2、文具有明確的研究方向和使用價(jià)值，其主要內(nèi)容包括如下幾個(gè)方面：
　　鑒于水面船舶與水上其他浮式結(jié)構(gòu)的動(dòng)力定位系統(tǒng)具有基本相同的模型，本文從宏觀的角度對(duì)水上航行器的動(dòng)力定位系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，分別分析了其低頻運(yùn)動(dòng)模型和高頻運(yùn)動(dòng)模型，還對(duì)環(huán)境干擾作用的三個(gè)主要因素—風(fēng)、浪、流的模型方程進(jìn)行了構(gòu)造，列出了它們的干擾力和力矩的常用計(jì)算公式。
　　針對(duì)觀測(cè)器部分，分別基于三種典型海況設(shè)計(jì)了三種濾波算法。采用二階低通濾波器可以濾除平靜海況下

3、船舶的高頻干擾和噪聲；采用卡爾曼濾波器可以有效估計(jì)出船舶的航速，避免了信號(hào)振蕩頻繁的問(wèn)題，為船舶其他未知參數(shù)的計(jì)算提供了參考作用；采用非線性觀測(cè)器則可以準(zhǔn)確估計(jì)出船舶三個(gè)自由度方向的位置。
　　針對(duì)控制器部分，也分別在三種典型海況的環(huán)境條件下設(shè)計(jì)了三種控制算法。其中積分分離PID控制器能夠?qū)崿F(xiàn)船舶的低速航跡保持功能；模糊自整定PID控制器對(duì)自動(dòng)舵系統(tǒng)的舵角能夠?qū)崿F(xiàn)良好的控制；加速度反饋控制器可以解決惡劣海況下船舶的精確定位問(wèn)題。<