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船舶动力定位建模与控制算法研究
| 论文题名： | 船舶动力定位建模与控制算法研究 |
| 关键词： | 动力定位;卡尔曼滤波;预测控制;锚泊定位系统;船舶运动;线性控制 |
| 摘要： | 随着人们对海洋资源的重视与开发,对船舶的控制性能、海上作业的要求也越来越高,传统的锚泊定位系统已不能满足正常的工作需求,而动力定位系统具有操作方便、不受水深限制等优点,近年来广泛的应用于船舶及海洋平台,成为深海油气开发、海上装卸、海底铺管布缆等海上作业的关键技术之一。动力定位系统主要包括传感测量系统、控制系统、推进系统、动力系统,本文主要针对动力定位的控制算法进行研究。 本文首先介绍了动力定位系统的组成和工作原理,以及动力定位的研究现状。然后对动力定位系统中的船舶运动模型进行了研究,对船舶动力定位中遭遇到的风、浪、流环境载荷进行计算,绘制了动力定位能力曲线,对动力定位能力进行分析。 船舶运动受外界干扰力的影响很大,以及船舶运动模型的高度非线性,导致了动力定位控制系统设计的复杂性。动力定位控制算法的设计方法主要分为两种:一是对低频运动模型进行线性化,应用线性控制理论设计动力定位控制器;二是直接应用非线性控制算法设计动力定位控制器。本文对这两种方法分别进行了研究。 在动力定位控制器设计中,卡尔曼滤波器主要用于状态估计以及船舶模型参数的在线辨识。本文应用卡尔曼滤波技术,分离出船舶的低频和高频运动信号,得到船舶运动状态的最佳估计,并对动力定位船舶的动力学模型、环境载荷等参数进行辨识;同时应用线性二次型高斯(Linear Quadmtic Gaussian,LQG)控制方法,并结合风、浪、流的前馈信息,设计了基于卡尔曼滤波的LQG动力定位控制算法。 预测控制作为一种重要的现代控制方法,已应用于动力定位系统中。针对LQG控制方法的不足,将预测控制技术引入到船舶动力定位控制系统设计中,提出了基于状态空间模型预测控制、解析模型预测控制、最优预测控制的动力定位控制算法。 |
| 作者： | 王晓飞 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 杨建民 |
| 授予学位： | 博士后 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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