基于海浪譜估計(jì)的船舶動(dòng)力定位切換控制研究.pdf

1、隨著陸地礦產(chǎn)資源的開發(fā)日益殆盡，人們把目光投向了占地球面積70％的廣闊海洋，因而，海洋資源的開發(fā)和利用成為當(dāng)代世界各國熱衷的研究領(lǐng)域。由于海洋石油資源開采的深海式發(fā)展，但傳統(tǒng)錨泊定位方式不僅受作業(yè)深度和作業(yè)地點(diǎn)的限制，而且其費(fèi)用也較為昂貴，從而促進(jìn)了動(dòng)力定位技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展。動(dòng)力定位通過控制器控制分配船舶自身的推進(jìn)器的推力而使船舶達(dá)到位置或航向的自動(dòng)保持目的，克服了傳統(tǒng)錨泊定位的缺點(diǎn)。且船舶在海上航行，受海浪、海風(fēng)及海流等外界環(huán)境的影響

2、，其中海浪是最為主要的影響因素，因而獲取實(shí)時(shí)的海浪信息對于動(dòng)力定位控制系統(tǒng)至關(guān)重要。又由于動(dòng)力定位作業(yè)船舶需要全天候地適應(yīng)連續(xù)變化的海洋環(huán)境，這就需要?jiǎng)恿Χㄎ豢刂葡到y(tǒng)有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)單控制器相比較切換控制系統(tǒng)的控制器是以控制器組形式存在，在海洋環(huán)境改變的情況下，根據(jù)由海況估計(jì)器提供的切換指令，通過切換控制器的種類來滿足控制需求，其適應(yīng)能力更強(qiáng)。
　　本論文基于海浪運(yùn)動(dòng)與船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的線性關(guān)系，根據(jù)船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)

3、對海浪方向譜進(jìn)行反演推算，從而獲得實(shí)時(shí)海浪信息，并將反演得到的實(shí)時(shí)海浪信息作為估計(jì)器引入到動(dòng)力定位切換控制系統(tǒng)當(dāng)中。具體研究內(nèi)容如下：
　　首先，建立了船舶運(yùn)動(dòng)六自由度數(shù)學(xué)模型，包括運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型。在MATAB仿真環(huán)境下對船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，對某海況下船舶運(yùn)動(dòng)的軌跡進(jìn)行了仿真。為驗(yàn)證海浪模型的準(zhǔn)確性，對某海況條件下海浪方向譜進(jìn)行了三維仿真，并且與真實(shí)海浪譜進(jìn)行了一維對比。與此同時(shí)，仿真了某型船運(yùn)動(dòng)的橫搖、縱

4、搖、升沉三自由度響應(yīng)算子函數(shù)，并且對比了不同遭遇角的情況下，三自由度響應(yīng)算子函數(shù)的關(guān)系。
　　其次，根據(jù)現(xiàn)代譜估計(jì)方法中多元自回歸模型方法對三自由度船舶響應(yīng)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉譜分析，得到橫搖、縱搖、升沉船舶三自由度運(yùn)動(dòng)的交叉譜。多元自回歸模型方法，與傳統(tǒng)譜估計(jì)法相比較其優(yōu)勢明顯：能夠克服傳統(tǒng)譜分析法的譜值缺失問題，即能夠在連續(xù)頻率上估計(jì)功率譜，而且其估計(jì)的功率譜誤差較小。
　　再次，基于已知的船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)算子函數(shù)與計(jì)算得到的交

5、叉譜，根據(jù)船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)與海浪的線性關(guān)系，在考慮三值函數(shù)問題的同時(shí)，將Bayesian理論引入到海浪方向譜估計(jì)當(dāng)中。首先介紹了貝葉斯理論的相關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)，然后基于逆理論建立了海浪方向譜估計(jì)的Bayesian模型。在所建立的模型基礎(chǔ)上，分別引入三種數(shù)據(jù)分布：(1)數(shù)據(jù)分布：交叉譜數(shù)據(jù)的分布。(2)先驗(yàn)分布：因海浪方向譜函數(shù)應(yīng)是一個(gè)平滑連續(xù)的函數(shù)，引入第一個(gè)先驗(yàn)分布；為避免在頻率邊緣處出現(xiàn)過估計(jì)問題，引入第二個(gè)先驗(yàn)分布。根據(jù)AKaike Ba