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起重船动力定位系统控制技术研究
| 论文题名： | 起重船动力定位系统控制技术研究 |
| 关键词： | 起重船;动力定位;扩张观测器;自适应反演;滑模控制器 |
| 摘要： | 海洋事业的发展步伐一直在加快，人们开始注重深海的开发，在海洋工程建设过程中，起重船是一个不可或缺的重要部分。起重船作业环境复杂，随着起重船的大型化，起重操作过程中发生危险的可能性变大，因此为了保证起重船作业时的安全性和平稳性，提高作业效率，对动力定位的性能要求越来越苛刻。本文以1000t起重船为研究对象，针对起重船的作业特点，分别设计了新型自抗扰控制器和基于扩张观测器的自适应反演滑模控制器来实现起重船运动的平稳控制。 本文在Thor I.Fossen所提出的船舶动力定位系统运动模型的基础上，降低起重船模型的复杂度，仅考虑吊物系统对船体的影响，建立了三自由度的起重船数学模型，并且根据球摆模型建立了吊索张力的数学模型。然后针对海洋环境（风、浪、流）作用力和力矩建立了环境扰动力的数学模型。 阐述了自抗扰控制器的工作原理和组成部分，针对自抗扰控制器在实际工程运用中参数调整难度大的问题，研究了线性自抗扰控制器。为了进一步提高线性自抗扰控制器的动态性能，结合线性与非线性跟踪微分器的优点，设计了能够较好跟踪微分信号的改进跟踪微分器，从而构成新型线性自抗扰控制器。仿真实验结果表明，相比于传统的线性自抗扰控制器，基于改进跟踪微分器的线性自抗扰控制器有较强的鲁棒性和抗扰性。 针对起重船动力定位系统易受到外部环境干扰以及船舶模型参数无法确定的问题，设计了基于扩张观测器的自适应反演滑模控制器。将系统分为内环观测器和外环控制器分别设计，首先利用扩张观测器估计系统的未知状态及不确定项，然后在外环的自适应反演滑模控制器中进行补偿，最后用Lyapunov方法证明系统的稳定性。通过船舶定点控制仿真实验表明，基于扩张状态观测器的自适应反演滑模控制器具有较强的鲁棒性和控制性，能够有效抑制传统滑模控制的抖振问题，益于船舶工程应用。 |
| 作者： | 金月 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 俞孟蕻 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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