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面向船舶动力定位的控制方法研究及实验平台开发
| 论文题名： | 面向船舶动力定位的控制方法研究及实验平台开发 |
| 关键词： | 船舶动力定位;动力学模型;非线性控制器 |
| 摘要： | 随着我国经济的持续高速发展，对能源的需求也在与日俱增，迫切需要开采海洋油气资源。而海洋油气开采过程中需要开采设备在海上保持相对固定的位置，然而我国南海环境复杂恶劣，水深在传统锚泊定位法的可操作范围之外，因此作业的平台和船舶需要动力定位系统来保持自身位置。动力定位系统的最大优点就是作业时不受水深的限制，且系统布设方便、无需先期准备，灵活性强。 为了系统的研究动力定位系统，本文阐述了船舶动力定位技术的历史由来，介绍了动力定位系统的分级标准和行业现状，研究了当今主流动力定位系统的技术路线和系统构成。在此基础上研究了动力定位控制算法，并设计和制造了船舶平台，并利用了此平台进行了湖泊实验。 控制算法是决定动力定位系统性能优劣的核心，本文工作一大重点在动力定位算法的研究上。文中首先给出了船舶在地球坐标系和船舶坐标系中的位置以及两种坐标系之间的坐标转换方式，然后在理论上建立了动力定位船舶的运动学模型和船舶在自然水体中受风、浪、流等外界干扰因素下的干扰模型，在这些理论分析的基础上创新性的提出了模糊动力定位控制算法。最后结合理论模型完成了仿真实验，全文最后还借助实验船在湖泊中进行了动力定位实验，实际检验了该动力定位算法的控制效果。 本文的另一部分工作是实验平台的搭建，即湖泊环境动力定位实验船的搭建，文中后半部分以较大的篇幅分章节叙述了设计制造一艘动力定位实验船的完整过程。搭建该实验平台的目的在于检验和评估控制算法的效果，为今后的研究提供一个测试平台。文章从机械设计、电气系统设计和控制软件等角度分章节详细的说明了该实验平台的设计思路以及制造过程。另外也描述了各分系统搭建和调试过程中遇到的实际工程问题与解决方案。 本文提出了模糊动力定位控制算法，并通过仿真和湖泊实验实际检验了该控制算法的有效性；另外搭建了实验平台，在实验平台的设计制造过程中总结出一些经验教训。因此本文对动力定位算法的研究、动力定位实验平台的搭建都有一定的借鉴意义，可以作为参考。 |
| 作者： | 刘笑成 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 张卫东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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