現(xiàn)代船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的建模研究.pdf

1、世界經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,探索和開發(fā)海洋資源成為各國尋求可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。船舶和半潛式平臺(tái)等浮式作業(yè)系統(tǒng)是深海作業(yè)的重要載體,伴隨著人類對(duì)海洋開發(fā)和探索的范圍越來越廣,對(duì)船舶和平臺(tái)的定位系統(tǒng)的研究日益受到重視。
　　 船舶動(dòng)力定位(Dynamic Positioning,簡稱DP)系統(tǒng)是指船舶依靠推力系統(tǒng)的力量,克服風(fēng)、海流、海浪等外部環(huán)境的干擾,從而使自身保持在一定位置和艏向的系統(tǒng)。和傳統(tǒng)的錨泊定位相比,現(xiàn)代船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)具有不

2、受水深限制、定位準(zhǔn)確、迅速等優(yōu)點(diǎn)。海洋環(huán)境復(fù)雜多變,如何建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型一直是船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)。
　　 本文分析了船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,以課題所研究的海洋工程船為研究對(duì)象,分別建立了動(dòng)力定位船舶、海洋環(huán)境干擾力和推進(jìn)器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并通過控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和仿真實(shí)驗(yàn)證明了模型的有效性。
　　 文章首先研究了不同的船舶模型結(jié)構(gòu)及其水動(dòng)力項(xiàng)的計(jì)算方法,然后結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)船模計(jì)算了其相關(guān)的流體動(dòng)力導(dǎo)數(shù)

3、和數(shù)學(xué)模型,介紹了實(shí)驗(yàn)船模和實(shí)船模型的轉(zhuǎn)換方法。海上動(dòng)力定位船舶的海洋環(huán)境擾動(dòng)作用力主要包括風(fēng)、海浪和海流等,海洋環(huán)境復(fù)雜多變,在不同的海況下擾動(dòng)模型也不同,文章討論了海洋環(huán)境作用力的數(shù)學(xué)模型。介紹了推力器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),分配策略,提出了螺旋槳推進(jìn)器的推力數(shù)學(xué)模型及推力和轉(zhuǎn)矩系數(shù)的計(jì)算方法。
　　 其次,研究了Kalman濾波器的設(shè)計(jì)及其性能。根據(jù)動(dòng)力定位系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,研究了動(dòng)力定位的濾波和狀態(tài)估計(jì)方法；通過濾波和參數(shù)估計(jì),得到船