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铺管船动力定位系统控制算法研究
| 论文题名： | 铺管船动力定位系统控制算法研究 |
| 关键词： | 铺管船;动力定位系统;PID算法;干扰力模型 |
| 摘要： | 铺管船铺管作业时要求低速航行,必须保持船舶前进过程中艏向与预定轨迹的航迹向一致,需要性能良好的动力定位系统来保证控制效果。船舶动力定位技术是指在不借助锚泊系统的情况下,使船舶利用自身的推进装置抵御风、浪、流等外界扰动的影响,以一定的姿态保持在海面某目标位置,或精确地跟踪某一设定轨迹,用于完成各种复杂的海上作业。 本课题来源于江苏省科技厅重大成果转换项目,以某S型起重铺管船为研究对象,针对定点定位(DP)和动态循迹(DT)两种工作模式下的控制策略进行系统的探讨和研究。针对DP-自动模式在零速下建立DP低频运动模型,定位过程中考虑到管道对铺管船的作用力问题,分析并建立作用力模型,采用奇异摄动法中的合成渐近展开法求解控制方程。针对DT-航行模式在低速下建立DT低频运动模型,详细讨论了航行过程中产生的管道拖曳力、船体阻力,并建立了模型。同时,针对工程应用,建立风浪流等干扰力模型。 针对铺管船DT部分,其控制过程是一个典型的循线控制,航行时,考虑到航迹差较小,采用常规航迹控制策略;由于PID控制算法目前还广泛应用于船舶控制系统,并适合低频运动控制,航行时主要控制艏向,采用增量式PID及改进的数字PID结合的控制思想设计艏向控制器。基于MATLAB软件平台编程,无风静水情况下仿真。仿真结果表明:常规航迹策略下结合PID控制算法,能够获得良好的系统动态性能,更重要的是能够提高作业精度,具有实际工程价值。 针对铺管船DP部分,结合实际应用,依据铺管船难以建立精确数学模型、非线性、大滞后等特点,采用模糊PID控制算法,通过归纳总结出的控制规则,Fuzzy在线自校正PID参数;依据船舶模型失配特点,采用PID-DMC控制算法,通过在常规DMC算法中引入PID校正环节,实现系统的有效控制。根据控制算法思想对纵荡、横荡、艏向进行解耦分析,结合铺管船动力定位约束条件,设计独立控制器,无风静水情况下进行仿真。仿真结果表明:Fuzzy在线自校正PID参数控制器与带PID校正环节的DMC控制器设计方案是可行的,都能够达到有效的定位效果,控制效果对比分析下,模糊PID算法优于PID-DMC算法,但PID-DMC算法更符合实际工况要求。 |
| 作者： | 高红梅 |
| 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： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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