船舶動(dòng)力定位的智能控制及推力分配研究.pdf

1、隨著航海科學(xué)技術(shù)和船舶與海洋工程的發(fā)展，當(dāng)代海洋資源開發(fā)和海上運(yùn)輸對(duì)于船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的要求越來越高，也促進(jìn)了動(dòng)力定位系統(tǒng)技術(shù)的快速發(fā)展。研究動(dòng)力定位問題具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　三自由度的水面船舶是典型意義的非線性系統(tǒng)，它具有強(qiáng)耦合、大慣性、模型參數(shù)不確定性以及工作中受到外界的風(fēng)、浪和流干擾的特點(diǎn)，傳統(tǒng)PID和LQG方法雖然在動(dòng)力定位系統(tǒng)中取得了應(yīng)用，但是隨著人們對(duì)定位精度要求的提高，這些方法存在著一定的局限性，因此吸

2、引了國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者的興趣。本論文探索和系統(tǒng)研究船舶動(dòng)力定位新的控制方法，完成了以下研究工作:
　　(1)根據(jù)MMG模型理論建立了一個(gè)動(dòng)力定位船舶的非線性數(shù)學(xué)模型，為了說明此模型的精確性，通過船舶旋回仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)船的比較研究來驗(yàn)證模型的有效性。為了實(shí)現(xiàn)船舶的航向保持控制，將一種線性自抗擾控制方法應(yīng)用于船舶運(yùn)動(dòng)模型當(dāng)中，仿真結(jié)果表明該控制算法的有效性。
　　(2)基于簡(jiǎn)化的船舶航向Norrbin非線性模型，針對(duì)模型參數(shù)不確定和控

3、制增益未知的非線性船舶航向控制問題，采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制，提出了一種新的非線性航向保持控制器。理論上，先證明存在連續(xù)的控制律，然后通過RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其逼近，最后借助Lyapunov穩(wěn)定性理論分析證明了船舶航向保持閉環(huán)系統(tǒng)的所有誤差信號(hào)一致最終有界。
　　(3)針對(duì)帶有模型參數(shù)確定和外界風(fēng)浪流干擾的動(dòng)力定位水面船舶，采用雙環(huán)滑模變結(jié)構(gòu)方法設(shè)計(jì)船舶動(dòng)力定位控制律，利用積分滑模來實(shí)現(xiàn)切換函數(shù)的設(shè)計(jì)。外環(huán)滑?？刂坡蓪?shí)現(xiàn)船舶位置的

4、控制，外環(huán)控制器產(chǎn)生速度指令，并傳送給內(nèi)環(huán)系統(tǒng)，然后通過內(nèi)環(huán)滑?？刂坡蓪?shí)現(xiàn)船舶實(shí)際速度對(duì)速度指令的跟蹤，Lyapunov穩(wěn)定性分析證明了閉環(huán)系統(tǒng)的所有誤差信號(hào)漸近穩(wěn)定。
　　(4)針對(duì)帶有模型參數(shù)不確定和外界風(fēng)浪流干擾的動(dòng)力定位水面船舶，提出一種動(dòng)力定位船全速域RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器。在反步設(shè)計(jì)的過程中，采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與Nussbaum函數(shù)相結(jié)合的控制策略。該方法有效地避免了控制器的奇異問題和反步設(shè)計(jì)過程中的“計(jì)算膨脹”問

5、題，Lyapunov穩(wěn)定性分析證明了閉環(huán)系統(tǒng)的所有誤差信號(hào)一致最終有界。
　　(5)針對(duì)帶有模型參數(shù)不確定和外界干擾的動(dòng)力定位水面船舶，提出一種動(dòng)力定位船全速域自適應(yīng)輸出反饋控制器。首先應(yīng)用Lyapunov直接法設(shè)計(jì)出全局指數(shù)穩(wěn)定的觀測(cè)器，然后采用反步設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出自適應(yīng)輸出反饋控制器，最后利用串級(jí)系統(tǒng)理論分析證明了船舶動(dòng)力定位閉環(huán)系統(tǒng)的所有誤差信號(hào)漸近穩(wěn)定。
　　(6)針對(duì)帶有非線性約束條件的推力分配優(yōu)化問題，對(duì)動(dòng)態(tài)的等式