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原文传递动力定位船舶避碰控制方法研究

论文题名：	动力定位船舶避碰控制方法研究
关键词：	动力定位船舶;避碰控制方法;数学模型;matlab仿真
摘要：	随着深海技术的不断发展和推进，动力定位系统被逐渐广泛地应用在一些工程船和海洋调查船上。至今，已有超过1000艘带动力定位功能的船舶，其中大部分使用在开采勘探油气储量的相关领域。船舶之间的会遇经常发生在航行的船舶中，船舶碰撞事故可能发生在狭窄水道，也可能发生在临近港口、锚地或航线交叉点的水域，甚至可能发生在宽阔水域。动力定位船舶因为成本昂贵，以及作业的特殊性，发生碰撞之后的损失更大，造成的灾难更深重。因此，人们对DP船避碰问题的研究越来越迫切。　　首先，本文建立了船舶运动数学模型和海洋环境模型。选用了合适的坐标系建立了船舶的运动学模型；DP船一般处于低速作业，基于此假设给出了不带有科里奥利系数矩阵的船舶动力学模型。随后建立了船舶在海洋中受到的海风、海浪和海流等环境干扰力模型。为了研究的方便，把船舶的运动方程转化为空间状态方程，选取常用的两种坐标系：平行坐标系和北东坐标系。　　其次，介绍了船舶避碰领域的相关知识，包括船舶避碰机理，船舶运动相关参数的计算，建立以最近会遇距离DCPA和到最近会遇时间TCPA作为判定碰撞危险度的衡量指标的微观碰撞危险度。DP船的避碰与一般船舶不同，它们之间的距离很近，确定避碰函数，分别定义了与避碰函数相关的探测域、安全域和避碰域，确定了区域形状和半径。　　最后，以最优控制原理为基础，结合避碰函数，设计协调避碰控制。我们通过建立低速作业下DP船的动力学模型，近似看做线性时不变系统，并且选择一个目标函数，分别对DP船之间的是否存在避碰，以及是否受海洋环境力干扰等情况，进行控制器的设计，通过常矩阵黎卡提方程的解计算出协调避碰控制律。之后，通过构造李亚普诺夫函数，分析控制算法的稳定性，最后进行matlab仿真，验证控制算法的有效性。协调避碰控制律的最大特点是只有当每条DP船到达探测区域边界内时，避碰控制律才会有效，而且他们不干扰这些区域外的DP船的各自的最优控制律。
作者：	张天友
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：	2014
正文语种：	中文