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原文传递铺管船循迹控制方法研究

论文题名：	铺管船循迹控制方法研究
关键词：	铺管船;动力定位;循迹控制;直接模型参考自适应控制;三自由度数学模型
摘要：	随着海洋油气资源开发量越来越大，而管道运输是油气运输的主要方式，因此海底铺设管道长度也随之增加。铺管船是进行海底管道铺设的重要平台，目前大多数铺管船都加装有动力定位系统，系统通过船的循迹控制实现管道沿着预设的海底路径铺设，同时保证管道的形变不超过安全范围及完成其它辅助作业。铺管船的循迹控制研究可以提高铺管作业效率、降低作业风险、改善经济效益。本论文主要研究内容如下：　　 (1)在合理的假设条件下，建立铺管船的三自由度数学模型，主要包括运动学和动力学两部分，同时建立风、浪、流等环境干扰数学模型，并采用自然悬链线法建立了管道数学模型。　　 (2)针对铺管船作业特点，将铺管船循迹分为铺管作业循迹和无铺管作业循迹两种类型进行设计，铺管作业循迹采用基于LOS方法的低速循迹控制策略，无铺管作业循迹采用高速串级循迹控制策略。铺管船还必须行焊接、弃管等作业，本文采用动力定位系统航停功能完成铺管船的定位控制。　　 (3)采用直接模型参考自适应方法设计动力定位循迹控制器，该方法不依赖精确的数学模型，可根据系统状态对控制器参数实时调整，并且可以保证系统达到最优性能。针对控制器设计要求系统模型几乎严格正实的条件，采用并联补偿器进行校正，使船舶模型满足几乎严格正实的条件。　　 (4)采用带有加速度负反馈的PID控制算法来处理航停问题，对铺管船的加速度进行控制，提高航停过程中管道的安全性。　　 (5)通过计算机仿真对所设计的铺管船循迹策略进行验证。仿真结果表明，铺管船可以保证管道沿着预设的海底路径进行铺设，并可以根据作业需要进行航停；在由港口远航至作业区域时，铺管船可沿规划航线快速行驶至目的地。　　本文所设计的循迹控制方法实现了铺管船的循迹控制，同时具有航停的功能，完全满足铺管作业的要求，对铺管船的进一步理论研究和工程应用具有较大的参考价值。
作者：	聂兵
专业：	控制理论与控制工程
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：	2012
正文语种：	中文