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绿色动力定位系统非线性预测控制方法研究
| 论文题名： | 绿色动力定位系统非线性预测控制方法研究 |
| 关键词： | 海洋开发船;动力定位;预测控制;粒子群算法 |
| 摘要： | 随着世界各国经济发展对资源需求的激增，以及陆地上的资源被开发的日益枯竭，促使人们向资源蕴藏量丰富的海洋进军。现阶段开发海洋能源中广泛采用具有动力定位系统的作业船或平台，其中控制器优劣则决定了船舶海上作业的成败。本文采用两种不同的预测控制方法，分别仿真实现在船舶的定位控制作业上，初步实现了绿色动力定位的功能。 本研究主要内容包括：⑴从整体上建立了船舶模型的表达式。首先，对建模所用的直角坐标系统进行了说明；其次，采用船舶高低频建模方法，建立了3自由度的整体模型；然后，为描述海况的扰动影响，建立了风、浪与流等模型；最后，给出某一具体船舶的相关参数，并以此为研究对象验证了模型的正确性。⑵研究了基于反馈线性化的船舶预测控制器。首先，在设计控制器之前对船舶模型进行简化与变形；其次，介绍了精确反馈线性化的理论，并将原船舶模型进行了精确线性化，在此基础上运用线性模型预测理论设计了控制器，且对控制输入约束的转化问题进行了近似；最后，通过对该算法进行仿真定位控制，说明它可用于船的定位上。⑶设计了船舶解析预测控制器。首先，给出该控制器的定位控制仿真结果；其次，在实际编程中，由于该控制器目标函数中各权重系数的调节比较繁琐，所以本文提出运用粒子群算法对各系数进行自适应调节，同时在适应度函数中考虑输出超调量等指标；最后，通过对比说明粒子群寻优后的定位效果更好。⑷实现了绿色动力定位的功能。首先，介绍了绿色动力定位系统的运行机制与组成。其次，考虑到实际高频干扰的影响，设计了非线性观测器；然后，将反馈线性化预测控制器作为环境干扰的补偿器，将解析预测控制器作为工作区之外的控制器；最后，经过仿真实验说明该绿色动力定位在减少推进器磨损和节约资源上是有效的。 |
| 作者： | 冯华 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 王元慧 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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