半潛船動(dòng)力定位系統(tǒng)建模及仿真研究.pdf

1、隨著船舶工業(yè)的不斷發(fā)展以及人類(lèi)征服海洋的征程不斷進(jìn)行，越來(lái)越多的船舶使用動(dòng)力定位系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的拋錨定位相比，動(dòng)力定位系統(tǒng)的定位不受水深的限制，且定位更加準(zhǔn)確、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的控制器的設(shè)計(jì)也在不斷升級(jí)，一個(gè)好的控制器對(duì)于動(dòng)力定位的控制系統(tǒng)至關(guān)重要。
　　 本文系統(tǒng)的介紹了船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及其組成情況。本文根據(jù)概率論和隨機(jī)過(guò)程理論建立了完整的海況模型，對(duì)船舶所處的環(huán)境模型進(jìn)

2、行了描述和計(jì)算。海況模型包括海風(fēng)的特性模型以及海風(fēng)干擾下船舶的受力分析、海浪的特性模型以及海浪干擾下船舶的受力分析、海流的特性模型以及海流干擾下船舶的受力分析。船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的控制器的設(shè)計(jì)也離不開(kāi)船舶本身的動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立，本文詳細(xì)全面的建立了船舶的動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。建立了空間六自由度的船舶運(yùn)動(dòng)方程模型。
　　 船舶的運(yùn)動(dòng)控制對(duì)于船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)是必不可少的一部分，本文首先分析了螺旋槳的技術(shù)特性及其模型，以及

3、船舶在動(dòng)力定位過(guò)程中各個(gè)推力器上的力的分配及其控制。然后分析了幾種常用的船舶動(dòng)力定位的控制方法。包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和H∞魯棒控制。本文在分析了各個(gè)控制算法的各自的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)以后，設(shè)計(jì)了一個(gè)綜合了模糊邏輯控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的混合智能控制算法，也可稱(chēng)之為自適應(yīng)模糊推理控制算法。該控制策略是一個(gè)具有參數(shù)自適應(yīng)功能的模糊邏輯控制，其中利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接結(jié)構(gòu)來(lái)表述該系統(tǒng)使得訓(xùn)練更加方便。通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的學(xué)習(xí)功能使模糊邏輯控制規(guī)則中的

4、許多參數(shù)得到優(yōu)化，并且使系統(tǒng)的自適應(yīng)功能也得到優(yōu)化和提高。
　　 控制器的性能的優(yōu)劣關(guān)乎到整個(gè)控制系統(tǒng)的好壞。本文以“泰安口”號(hào)半潛船為仿真對(duì)象，對(duì)所設(shè)計(jì)的船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的控制器進(jìn)行仿真研究與試驗(yàn)，先在無(wú)干擾的環(huán)境下，對(duì)船舶的動(dòng)力定位過(guò)程中船舶所需合力與航跡的變化進(jìn)行分析，然后在相同的情況下對(duì)在有干擾的情況下對(duì)所需合力與航跡的變化進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)分析以后可以得到如下結(jié)論：基于自適應(yīng)模糊推理的動(dòng)力定位控制器響應(yīng)時(shí)間、上升時(shí)間短