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动力定位船铺管路径跟踪控制方法研究
| 论文题名： | 动力定位船铺管路径跟踪控制方法研究 |
| 关键词： | 铺管船;铺管作业;动力定位;路径跟踪;滑模控制器 |
| 摘要： | 随着海洋资源受到与日俱增的关注，海洋特种装备与控制技术越发成为人们研究的热点。动力定位技术是一种广泛应用在海洋特种装置上的无源定位技术，船舶通过测量系统得出环境对其的作用力，通过控制系统计算控制指令、推进器进行补偿，使船在海上进行精确定位或者循迹等作业。船舶的铺管、铺缆、起重等特种作业通常需要动力定位协同作业。铺管作为海洋资源运输的重要方式之一，其关键在于管道路径跟踪的精度问题。本文针对动力定位船铺管作业路径跟踪问题，提出不同的控制策略，进行控制方法研究，并对每种方法的控制效果进行分析。 首先，针对铺管作业，需要建立合理的动力定位船运动学及动力学模型，包括船舶水平面三自由度模型和海洋环境模型。同时，需要建立水中悬跨管线对铺管船水平面三自由度的作用力模型，并对模型进行验证。 在进行铺管路径跟踪控制时，需要根据铺管实际作业过程，分析铺管作业海底管道路径与作业船期望路径在直线作业和曲线作业过程中的映射关系。考虑已建立的模型中可能存在的参数不确定性问题，并针对其进行铺管作业路径跟踪问题设计反步滑模控制器。 在反步滑模控制器的基础上，改变控制器结构，引入神经网络，确定神经网络自适应律，设计自适应神经网络滑模控制器，并根据李亚普诺夫意义下的稳定性定义，证明系统稳定性，提高系统的鲁棒性。 考虑铺管作业时，动力定位船的推进器具有的非对称饱和等不确定性，通过引入滑模观测器对系统不确定性进行估计的方法，设计基于扰动观测器的滑模控制器，并通过选取李亚普诺夫函数证明系统稳定性。通过仿真，验证提出控制算法在非对称饱和输入作用下，对系统的控制的有效性，并讨论提出算法的优越性。 本课题对动力定位船的铺管作业控制策略、控制方法和动力定位船中存在的不确定性进行了较深入的研究和探讨，提出了具有一定应用价值的控制方法。 |
| 作者： | 吴宝奇 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 付明玉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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