水面船繞定點回轉(zhuǎn)艏向和位置控制方法研究.pdf

1、本文研究在動力定位系統(tǒng)的自動定位模式下，水面船舶繞給定點進(jìn)行回轉(zhuǎn)運動的艏向和位置控制方法。船舶繞給定點進(jìn)行回轉(zhuǎn)運動是動力定位系統(tǒng)的一種重要功能，在實際工程實踐中，如船舶進(jìn)港、海床作業(yè)，有著廣泛的應(yīng)用。在船舶繞給定點回轉(zhuǎn)運動過程中，船舶的運動中心不再固定在默認(rèn)的船舶中心上，而是由操作人員根據(jù)實際應(yīng)用需要給定的，船舶坐標(biāo)系中的給定點定位在固定位置，并控制船舶在保證控制性能的同時達(dá)到設(shè)定艏向。
　　 本文建立了三自由度船舶運動數(shù)學(xué)模型

2、以及環(huán)境干擾數(shù)學(xué)模型，并給出船舶運動所涉及的坐標(biāo)系框架。針對不同給定回轉(zhuǎn)中心研究了船舶回轉(zhuǎn)運動的導(dǎo)引策略。通過對目前存在的向量法和極坐標(biāo)法兩種相關(guān)導(dǎo)引方法的對比分析，將復(fù)雜的以給定點為控制目標(biāo)的位置控制問題轉(zhuǎn)化為以船舶中心為位置控制目標(biāo)的一般問題，并在導(dǎo)引過程中采用定位定向的方法，根據(jù)給出的船舶初始位置信息、回轉(zhuǎn)中心及給定的回轉(zhuǎn)率，計算船舶的期望運動軌跡。
　　 基于所建立的數(shù)學(xué)模型和所設(shè)計的導(dǎo)引策略，研究設(shè)計了比較適合工程應(yīng)用

3、的非線性PID和最優(yōu)控制兩種控制方法。首先介紹了線性彈簧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)，然后結(jié)合船舶模型進(jìn)行了經(jīng)典PID反饋和加速度反饋相結(jié)合的控制器的分析，最后結(jié)合本課題建立的水面船數(shù)學(xué)模型，將經(jīng)典PID反饋的概念進(jìn)行推廣，進(jìn)行了位置和艏向非線性PID控制器的設(shè)計，并給出了穩(wěn)定性證明。通過對不同給定回轉(zhuǎn)點以及環(huán)境干擾的仿真驗證了這種控制方法的有效性和魯棒性。
　　 最后研究設(shè)計了船舶繞定點回轉(zhuǎn)定位的最優(yōu)控制算法，為了保證控制算法的穩(wěn)定性，設(shè)計過