動(dòng)力定位船舶運(yùn)動(dòng)非線性觀測(cè)器研究.pdf

1、動(dòng)力定位系統(tǒng)（Dynamic Positioning Systems，DP systems）是船舶進(jìn)行海洋作業(yè)時(shí)所必需的支持系統(tǒng)，它使船舶可依靠自身所配備的推進(jìn)器維持其所期望的位置或航向，或按照預(yù)先設(shè)定的軌跡航行。但動(dòng)力定位系統(tǒng)的定位精度容易受到多種情況的影響，因此在設(shè)計(jì)動(dòng)力定位控制系統(tǒng)時(shí)，需要利用觀測(cè)器將船舶運(yùn)動(dòng)分解為低頻以及高頻部分，在進(jìn)入控制回路前濾除高頻，抵御外界干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶低頻位置以及艏向值的估算。本文主要針對(duì)DP系統(tǒng)中含

2、有未知不確定項(xiàng)干擾的情況，引入滑模控制(Sliding Mode Control，SMC)理論方法設(shè)計(jì)觀測(cè)器。
　　船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的觀測(cè)器要濾除高頻，估計(jì)船舶的低頻運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此本文首先建立了船舶的低頻、高頻運(yùn)動(dòng)模型以及動(dòng)力定位系統(tǒng)測(cè)量模型。為更好地研究海洋環(huán)境對(duì)船舶的影響，同時(shí)建立了包括風(fēng)、浪、流在內(nèi)的環(huán)境干擾力數(shù)學(xué)模型。值得注意的是，在建立船舶的低頻運(yùn)動(dòng)模型時(shí)，本文將非線性阻尼系數(shù)矩陣和科里奧利向心力矩陣視為不確定項(xiàng)考慮在內(nèi)

3、。
　　為抵御船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)中不確定項(xiàng)的干擾，本文將 SMC理論引入到觀測(cè)器的設(shè)計(jì)中。首先通過(guò)對(duì)動(dòng)力定位系統(tǒng)的狀態(tài)空間形式分析得出，系統(tǒng)中的不確定項(xiàng)無(wú)法滿足傳統(tǒng)滑模觀測(cè)器設(shè)計(jì)所需的匹配條件。為使匹配條件得到滿足，本文提出采用構(gòu)造輔助輸出的方法對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行重構(gòu)，設(shè)計(jì)高增益觀測(cè)器估計(jì)重構(gòu)后的未知輔助輸出，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)線性滑模面以及滑模策略。同時(shí)，由Lyapunov穩(wěn)定性理論分析得知，誤差系統(tǒng)穩(wěn)定性與滑模增益值有關(guān)，滑模增益值應(yīng)

4、不小于不確定項(xiàng)上界值。本文假設(shè) DP系統(tǒng)中的不確項(xiàng)上界值為已知常數(shù)，并將該常數(shù)作為滑模增益進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真效果良好。另外，選取了較大滑模增益值進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，指出雖為保證系統(tǒng)魯棒性，但增益值仍不能選取太大，否則將會(huì)引起觀測(cè)器估計(jì)狀態(tài)的嚴(yán)重抖振。
　　一般情況下，船舶系統(tǒng)中所含有的不確定項(xiàng)上界值是未知的。本文在保證系統(tǒng)魯棒性的同時(shí)，為避免增益選取太過(guò)保守而造成系統(tǒng)狀態(tài)的嚴(yán)重抖振問(wèn)題，將RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與Lyapunov穩(wěn)定性理論結(jié)合估