救助船動(dòng)力定位智能控制及仿真的研究.pdf

1、隨著船舶與海洋工程的開發(fā)和發(fā)展,動(dòng)力定位系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于多種船舶和海洋平臺(tái)上,并日益對(duì)船位的保持提出了更高的要求,而這些要求最終將基于控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。為此,人們一直在尋找控制效果更好的控制技術(shù),自抗擾控制(Active disturbance rejection control,簡(jiǎn)稱ADRC)即是其中的一種可以嘗試的新型控制技術(shù)。
　　 作者以救助船“北海救115”輪為研究對(duì)象,針對(duì)其動(dòng)力定位系統(tǒng)中的相關(guān)工作模式,設(shè)計(jì)ADRC控

2、制器,并在不同航速和不同海況下仿真驗(yàn)證了其控制性能。
　　 本文首先基于MMG建模機(jī)理建立了適用于動(dòng)力定位系統(tǒng)的平面三自由度操縱運(yùn)動(dòng)模型和純橫移運(yùn)動(dòng)模型。其中,平面三自由度操縱運(yùn)動(dòng)模型分別考慮常速正航模型和低速正航模型。并對(duì)三自由度船舶運(yùn)動(dòng)模型用實(shí)船操縱試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。在此過程中,對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整,用以提高數(shù)學(xué)模型的預(yù)報(bào)精度。
　　 然后,研究設(shè)計(jì)了自抗擾控制器,對(duì)控制器中的跟蹤微分器、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和非光滑

3、反饋的算法進(jìn)行了具體說明,并簡(jiǎn)要闡述了各部分參數(shù)整定的方法。
　　 最后,設(shè)定本課題的工程背景為救助船駛向固定被支援點(diǎn)的過程,并把所設(shè)計(jì)的ADRC控制器應(yīng)用于該過程所涉及的航向保持、縱移運(yùn)動(dòng)和橫移運(yùn)動(dòng)三個(gè)子過程中,分別在理想海況、改變航速和存在風(fēng)浪流海況下與PID控制器進(jìn)行仿真分析比較。
　　 仿真結(jié)果表明:ADRC控制器控制效果和魯棒性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制器,舵角和螺距的輸出曲線更緩更平滑,并且控制輸出的穩(wěn)態(tài)精度更高