5萬載重噸半潛船動(dòng)力定位控制系統(tǒng)研究.pdf

1、深海作業(yè)的鉆井平臺和運(yùn)輸大型海洋結(jié)構(gòu)物的半潛式自航運(yùn)輸船，為提高作業(yè)精度和安全性、節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，大多數(shù)的船舶或平臺都要配備動(dòng)力定位系統(tǒng)（Dynamic Positioning System，簡稱DP），近年來隨著海洋油氣開發(fā)的廣泛需求，動(dòng)力定位技術(shù)也越來越多的受到關(guān)注，我國動(dòng)力定位技術(shù)自主化研究也逐漸展開。
　　本論文以S面控制理論為基礎(chǔ)，以半潛式自航工程船的運(yùn)動(dòng)模型為對象，設(shè)計(jì)了一套能夠滿足DNV船級社DP2級控制系統(tǒng)要求的LS

2、-SVM自適應(yīng)S面控制器，對數(shù)據(jù)濾波和推力分配也進(jìn)行了優(yōu)化，并分別都進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。最后在半實(shí)物仿真平臺的實(shí)驗(yàn)中加入了常見的干擾因素，最大可能的模擬出海洋干擾環(huán)境，得到的結(jié)果驗(yàn)證了控制器的可行性。論文主要研究工作內(nèi)容如下：
　　（1）為使仿真結(jié)果更加精確，建立了5萬噸半潛式自航工程船的低頻運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，并且加入風(fēng)、浪、流等多種海洋環(huán)境干擾力，根據(jù)半潛船運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型以及外界環(huán)境干擾模型。
　　（2）干擾力中的高頻信號

3、不會對船舶的定位產(chǎn)生影響，為了避免不必要的能量浪費(fèi)和磨損設(shè)計(jì)卡爾曼濾波器，過濾掉對定位測量系統(tǒng)中的高頻信號，給出最優(yōu)估計(jì)值。由于干擾噪聲統(tǒng)計(jì)特性不確定性，影響卡爾曼濾波器濾波精度，設(shè)計(jì)自適應(yīng)調(diào)整觀測噪聲的卡爾曼濾波器，仿真對比實(shí)驗(yàn)表明，本文設(shè)計(jì)的自適應(yīng)濾波器精度較高并且有效防止濾波發(fā)散。
　?。?）針對半潛式自航工程船的推進(jìn)器配置及分布的特點(diǎn)，對常規(guī)的推力分配策略進(jìn)行優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，建立相關(guān)的目標(biāo)約束條件，通過權(quán)值來適當(dāng)?shù)母淖兡繕?biāo)方

4、程，保證可行解的存在，仿真實(shí)驗(yàn)表明優(yōu)化后的推力分配策略更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
　?。?）常規(guī)S面控制器調(diào)整參數(shù)的方法計(jì)算復(fù)雜，本文以S面控制理論為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)基于LS-SVM自適應(yīng)S面控制器，對比常規(guī)S面控制器，建模簡單，計(jì)算方便，控制精度更高，收斂速度更快。
　　（5）搭建了5萬噸半潛式自航工程船的DP2級動(dòng)力定位半實(shí)物仿真系統(tǒng)，并且針對不同的工況進(jìn)行了相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果表明，本文為5萬噸半潛船所設(shè)計(jì)的DP控制系統(tǒng)是可行的、有