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动力定位船推进系统容错控制方法研究
| 论文题名： | 动力定位船推进系统容错控制方法研究 |
| 关键词： | 海洋开发船;动力定位;容错控制;操纵技术 |
| 摘要： | 随着陆地资源的不断衰竭，人们开始将目光转向了资源丰富的海洋，然而海洋资源的开发和探索往往需要高科技的海洋装备，动力定位(Dynamic Positioning,DP)技术作为深海开发的一把利剑也因此受到更多的青睐。考虑到船舶的安全性和可靠性，现代的动力定位系统都存在硬件设备上的物理冗余和软件控制算法上的解析冗余，当系统设备发生故障时，通过解析冗余关系来调整物理冗余设备进而达到容错控制的目的，使得经过容错控制后的故障系统仍能够满足一定条件的作业要求。 本文首先建立动力定位船的动力学模型和运动学模型，同时对推进系统部分也做了相应的介绍，给出用于方法验证的船舶模型各项参数，并对该船舶模型进行基本的操纵性仿真。其次，对动力定位船推进系统中可能出现的故障类型、故障表现以及故障发生后可能造成的后果进行介绍，通过该部分介绍能够更好地对故障诊断部分的故障类型设置及分析提供依据。然后，对于动力定位船推进系统的故障诊断问题采用基于自适应滑模观测器的全局故障诊断和BP神经网络的局部故障诊断方法，主要由于动力定位船通常是配置多个推进器使得系统存在强耦合，全局的故障诊断不能准确地判断出故障位置，而将两者结合能够明显增强诊断结果的可信度，之后对滑模观测器故障诊断部分通过仿真验证方法的有效性，而利用Qt建立的神经网络故障诊断平台也能够较好地识别出故障情况。最后，在解决推进器故障情况下的容错控制问题时，根据故障诊断结果，考虑实际工程中会存在推进器的输出饱和问题，同时要维持标称控制器仍保留在控制回路中，采用输入饱和自适应滑模虚拟执行器的容错控制方法对故障系统进行容错控制，该方法不需要因为故障而对标称控制器进行重新构造和调整，同时利用滑模控制和自适应控制去解决系统建模中的非线性、不确定、建模误差以及外界扰动等问题。将虚拟执行器置于故障装置和标称控制器之间用来对控制信号进行重构，使得故障船舶在重构后的控制信号作用下仍能得到期望的输出。通过仿真验证了该方法在解决推进器故障后的容错控制问题的有效性。 |
| 作者： | 刘鹏飞 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 丁福光 |
| 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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