水上航行器動力定位系統(tǒng)的控制算法研究.pdf

1、隨著水上航行器在海上作業(yè)的要求不斷提高，傳統(tǒng)的控制算法已經(jīng)無法滿足水上航行器動力定位(Dynamic Positioning—DP)系統(tǒng)在復雜海況下的工作要求，本文以水上航行器的動力定位系統(tǒng)為研究對象，主要設計一種比較通用的算法能夠解決它在多種海況條件下的應用問題。本課題依托江蘇省科技廳高新技術(shù)研究項目—“海洋工程船舶動力定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應用”，以某大型耙吸挖泥船為參考模型，針對設計的算法進行了操作測試，并取得了比較理想的效果。本

2、文具有明確的研究方向和使用價值，其主要內(nèi)容包括如下幾個方面：
　　鑒于水面船舶與水上其他浮式結(jié)構(gòu)的動力定位系統(tǒng)具有基本相同的模型，本文從宏觀的角度對水上航行器的動力定位系統(tǒng)進行數(shù)學建模，分別分析了其低頻運動模型和高頻運動模型，還對環(huán)境干擾作用的三個主要因素—風、浪、流的模型方程進行了構(gòu)造，列出了它們的干擾力和力矩的常用計算公式。
　　針對觀測器部分，分別基于三種典型海況設計了三種濾波算法。采用二階低通濾波器可以濾除平靜海況下

3、船舶的高頻干擾和噪聲；采用卡爾曼濾波器可以有效估計出船舶的航速，避免了信號振蕩頻繁的問題，為船舶其他未知參數(shù)的計算提供了參考作用；采用非線性觀測器則可以準確估計出船舶三個自由度方向的位置。
　　針對控制器部分，也分別在三種典型海況的環(huán)境條件下設計了三種控制算法。其中積分分離PID控制器能夠?qū)崿F(xiàn)船舶的低速航跡保持功能；模糊自整定PID控制器對自動舵系統(tǒng)的舵角能夠?qū)崿F(xiàn)良好的控制；加速度反饋控制器可以解決惡劣海況下船舶的精確定位問題。<