船舶動(dòng)力定位手柄操作模式控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)海洋的開(kāi)發(fā)和研究也慢慢從沿岸、近海擴(kuò)展到深海。傳統(tǒng)的錨泊定位已不再適用于深海作業(yè)，動(dòng)力定位系統(tǒng)具有定位準(zhǔn)確快速，操作方便，定位成本不隨水深的增加而增加，越來(lái)越被廣泛地應(yīng)用于石油平臺(tái)和海上作業(yè)船，具有廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展前景。船舶動(dòng)力定位手柄操作模式是指通過(guò)一只手柄來(lái)操縱船舶，具有操縱靈活、簡(jiǎn)單、反應(yīng)快等特點(diǎn)。本文主要研究船舶動(dòng)力定位手柄操作模式控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。
　　首先，介紹了動(dòng)力定位系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建

2、立，從動(dòng)力學(xué)的角度分析船舶的運(yùn)動(dòng)特性，推導(dǎo)出船舶的運(yùn)動(dòng)模型。由于船舶在大海中受到風(fēng)、浪、流等外界環(huán)境干擾力的作用，分別建立了風(fēng)、浪、流的數(shù)學(xué)模型和推進(jìn)器模型。通過(guò)分析動(dòng)力定位系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，為動(dòng)力定位控制器的設(shè)計(jì)和研究奠定基礎(chǔ)。
　　然后，根據(jù)手柄操作模式的工作原理和船舶的低頻運(yùn)動(dòng)模型，設(shè)計(jì)了一個(gè)解耦PID控制器。針對(duì)橫蕩速度和艏搖角速度之間的耦合問(wèn)題，采用前饋補(bǔ)償解耦法對(duì)船舶的低頻運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行解耦。根據(jù)解耦后的船舶運(yùn)動(dòng)模型，采用

3、增量式PID控制算法分別對(duì)縱蕩速度、橫蕩速度和艏搖角三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制器的有效性，超調(diào)量小，反應(yīng)迅速，在改變輸入及船舶參數(shù)時(shí)系統(tǒng)仍能滿足控制要求。
　　最后，介紹了實(shí)驗(yàn)室船舶動(dòng)力定位仿真平臺(tái)，詳細(xì)闡述了船舶控制系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、主操作臺(tái)和移動(dòng)操作終端的硬件組成及其功能。利用Visual Studio編寫了手柄操作模式的控制程序，開(kāi)發(fā)了基于WinCC的手柄操作模式操控界面，并在船舶動(dòng)力定位仿真平臺(tái)上