模型預測控制在動力定位系統(tǒng)中的應用.pdf

1、動力定位(DynamicPositioning，DP)是一種通過控制船上的推力器產(chǎn)生推力向量來對風、浪和流等外部的作用力進行補償，以使水面船舶的位置自動地保持在給定范圍內(nèi)的技術(shù)。本文的研究是基于挪威的新型動力定位產(chǎn)品GreenDP的基本設計思想，并對其作了適當?shù)暮喕?，目的是將線性模型預測控制(ModelPredictiveControl，MPC)這一先進的控制技術(shù)應用到DP控制器的設計。 作者在合理的假設條件下，建立并推導出了簡

2、便的動力定位船舶的數(shù)學模型，并針對二階波浪漂移力和海流等外界慢變的環(huán)境的作用力和力矩，建立了偏差模型，簡化了環(huán)境擾動的建模。 引入平行參考坐標系，運用小角理論將船舶的低頻運動模型線性化，得出了控制器設計用的數(shù)學模型，避免了繁瑣的泰勒線性化的執(zhí)行。 利用卡爾曼濾波的方法，將船舶的低頻和高頻運動信號分離，得到船舶運動狀態(tài)的最佳估計，并結(jié)合風力前饋控制，設計了基于卡爾曼濾波的LQG動力定位系統(tǒng)。 本文在國內(nèi)首次將MPC

3、技術(shù)引入船舶動力定位系統(tǒng)的設計。由于MPC在約束處理方面的卓越優(yōu)勢，使得動力定位系統(tǒng)的工作點可以接近允許的操作范圍的邊緣，可以獲得更高的性能和經(jīng)濟效益。此外，由于MPC算法本身具有一定的解耦作用，省去很多工作，并且能達到很好的控制效果。 本文通過大量的仿真試驗得出結(jié)論：將MPC技術(shù)應用到船舶的動力定位系統(tǒng)是可行的，能夠很好地處理推力器限制、操作區(qū)限制等約束，滿足其控位精度的要求，并在快速性和穩(wěn)定性方面都優(yōu)于LQG控制。