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船舶动力定位系统中的非线性状态估计及推力分配研究
| 论文题名： | 船舶动力定位系统中的非线性状态估计及推力分配研究 |
| 关键词： | 海洋开发;船舶控制;动力定位;推力分配 |
| 摘要： | 随着人类对海洋的开发逐渐普遍，为了保障在复杂多变的海洋环境下海洋工程结构物的安全性，对海洋工程装备及技术提出了新的要求，定位技术就是其中之一。与传统的锚泊定位相比，动力定位因其定位精度高、机动性强且不受水深限制等优点，在海洋开发中倍受青睐。控制系统是动力定位系统的核心部分，其性能的好坏直接影响到定位的精确性、实时性和鲁棒性。本研究主要内容包括： ⑴针对常用的扩展卡尔曼滤波在解决非线性状态估计中存在的局限性，本文将无迹卡尔曼滤波和粒子滤波两种非线性滤波方法引入到船舶动力定位实时状态估计的研究中。大量的仿真结果表明：在滤波精度上，无迹卡尔曼滤波和粒子滤波要明显优于扩展卡尔曼滤波；在实时性上，滤波精度相当的前提下扩展卡尔曼滤波最好，无迹卡尔曼滤波次之，而粒子滤波耗时最长；在工程应用上，无迹卡尔曼滤波能同时满足精度和实时性要求，是当前动力定位系统应用中有前景的一种滤波方法，而粒子滤波在工程应用上还需解决实时性问题。 ⑵动力定位系统状态估计模型中的过程噪声和量测噪声的统计特性具有未知性和不确定性的特点，针对现有状态估计算法假定过程噪声和量测噪声的统计特性已知且确定的问题，本文引入了Sage-husa算法对动力定位系统状态估计模型中的过程噪声和量测噪声参数进行实时估计，并与无迹卡尔曼滤波结合形成了自适应无迹卡尔曼滤波器。大量的仿真结果表明：自适应无迹卡尔曼滤波器的滤波精度明显优于传统的无迹卡尔曼滤波器。 ⑶针对现有 Sage-husa算法要求过程噪声及量测噪声服从高斯分布且方差均为正定的苛刻条件而限制其应用问题，将Sage-husa算法做了推广，解决了动力定位系统滤波模型中过程噪声的方差非负定时的适用性问题。 ⑷针对常用的推力优化分配算法在待分配的推力产生突变时容易出现分配失败的问题，本文以发挥推进器的最大能力为目标，提出了基于伪逆法的截断和基于多目标优化的截断两种处理方法。仿真结果表明，本文提出的两种方法均能有效地解决因待分配的推力产生突变而导致分配失败的问题。 |
| 作者： | 李文娟 |
| 专业： | 水声工程 |
| 导师： | 吴卫国 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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