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耙吸挖泥船DP/DT控制算法研究
| 论文题名： | 耙吸挖泥船DP/DT控制算法研究 |
| 关键词： | 耙吸挖泥船;运动模型;定点定位;动态循迹;PID控制算法 |
| 摘要： | 耙吸挖泥船海上作业要求保持在特定区域或者按照预定轨迹航行,这些工作需要有性能良好的动力定位系统来保证。随着耙吸挖泥船深海作业的不断深入,对动力定位技术的指标要求也越来越严格。本课题是江苏省科技厅重大成果转化项目,文中以某大型耙吸挖泥船为研究背景,结合实际工程应用针对耙吸挖泥船定点定位(DP)和动态循迹(DT)两种功能下控制器设计进行探讨和研究,论文主要包括以下几个方面的工作: 针对耙吸挖泥船DP-艏喷工作模式在零航速下建立DP低频运动模型,模型建立过程中详细阐述了艏喷作业产生的反推力的补偿方法。针对DT-疏浚和DT-航行工作模式在一定航速下建立DT低频运动模型,在循迹过程中分析船体阻力以及疏浚作业时耙臂产生的拖曳力,并建立其计算模型。同时为满足控制器设计需要,建立了风浪流等环境干扰力模型。 针对耙吸挖泥船DP控制器设计,结合工程应用,采用增量式数字PID控制算法。由于PID控制算法目前还广泛应用于船舶控制系统中,并且适合低频运动控制,在零航速情况下,各自由度方向可以解耦进行分析。文中依据PID控制算法思想对耙吸挖泥船三个自由度设计独立的控制器,并且编写 MATLAB程序仿真平移作业时的定位效果。仿真效果表明:采用增量式数字PID控制算法具有良好的控制效果,可以很好的对耙吸挖泥船进行定点定位控制,能够满足实际作业需要。 针对耙吸挖泥船 DT-疏浚模式,结合常规航迹控制策略和“视线”(LOS)控制策略,根据偏差大小范围采用分区控制策略对航迹控制进行分析。同时考虑到在疏浚过程中变吃水情况,系统模型参数处于不断变化状态,因此在 DT-控制器设计部分充分考虑模型的不确定性因素,运用模糊PID控制算法作为实际工程应用方法。在认真总结和分析实船工作人员经验的基础之上,制定相应模糊控制规则,结合分区控制思想设计DT控制器。此外,采用MATLAB中模糊工具箱和Simulink对DT疏浚工作模式在不同工况下对比分析实际控制效果。仿真结果显示:在分区控制策略下结合模糊 PID控制算法,能够获得更好的系统动态性能,更重要的是能够提高疏浚精度,具有实际工程价值。 |
| 作者： | 汪志勇 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 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： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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