船舶動力定位系統(tǒng)的在線船舶模型辨識研究.pdf

1、動力定位系統(tǒng)是一種高新控制技術(shù),廣泛地應(yīng)用于船舶及海上浮式作業(yè)平臺。它是一種閉環(huán)的控制系統(tǒng),在不借助錨泊系統(tǒng)的情況下,不斷檢測出船舶的實際位置與目標(biāo)位置的偏差,再根據(jù)外界風(fēng)、浪、流等外界擾動力的影響計算出使船舶恢復(fù)到目標(biāo)位置所需推力的大小,并對船舶上各推力器進行推力分配,使各推力器產(chǎn)生相應(yīng)的推力,從而使船盡可能地保持在海平面上要求的位置上。
　　 其中一階波浪力引起的運動約為0.3～1.6rad/s之間,稱為高頻運動。而風(fēng)、流、

2、二階波浪以及推進器引起的力為低頻力。一階波浪力非常大,比推進器推力大一個數(shù)量級以上,而且是周期運動。因此用推力去抵抗一階波浪力是無效的,也是沒有必要的。船舶模型參數(shù)包括了船舶質(zhì)量、船舶轉(zhuǎn)動慣量、船舶附加質(zhì)量和水動力導(dǎo)數(shù)。
　　 由于船舶模型的高度非線性以及外界干擾力、推進器推力的無法測量性,導(dǎo)致它們的在線辨識和估計顯得十分困難。因此本研究就是針對如何進行在線船舶模型辨識、如何根據(jù)辨識模型進行控制和動力分配進行了深入研究。

3、　　 首先,提出一種以動力學(xué)效應(yīng)為基礎(chǔ),應(yīng)用無味卡爾曼濾波器(Unscented KalmanFilters,UKF)進行動力定位船舶動力學(xué)模型、外界載荷以及推進器推力在線辨識的算法。此算法能夠在動力定位過程中不斷求解船舶模型和其受到的載荷力,使得擁有這些參數(shù)的船舶模型和載荷所反映出的動力學(xué)效應(yīng)不斷逼近傳感器檢測到的運動反饋?；诖嗽?用這些參數(shù)作為名義上的船舶模型、外界力、推進器推力就能夠完成高效、自適應(yīng)的定位控制。通過控制仿真,

4、證明了此算法的有效性和正確性。
　　 而后,應(yīng)用最優(yōu)控制算法對上述辨識得到的船舶模型進行線性化處理,用最優(yōu)二次調(diào)節(jié)器計算指令推力,并結(jié)合風(fēng)、浪和流的前饋計算得到發(fā)送給推進器的指令推力,這里的指令推力是指沿船舶附體坐標(biāo)系的正交分解力。
　　 為了將正交分解力轉(zhuǎn)換為各個推進器的推力和轉(zhuǎn)速,則需要根據(jù)辨識得到的船舶模型進行動力分配,從而計算每個推進器應(yīng)該產(chǎn)生的推力,進而計算此推力下的螺旋槳轉(zhuǎn)速。
　　 最后根據(jù)上述算法