船舶動力定位系統(tǒng)非線性自適應(yīng)濾波器研究.pdf

1、船舶動力定位系統(tǒng)是指船舶不需要借助傳統(tǒng)的錨泊系統(tǒng),它能抵抗來自風、浪、流的干擾,使船舶保持在定位點附近。對于許多工程船舶來說,動力定位系統(tǒng)很好的解決了傳統(tǒng)深水難以定位問題,為深水作業(yè)提供了保障。
　　船舶在海上的運動基本可以分為高頻運動與低頻運動的合力。其中高頻運動是由一階波浪力引起的船舶往復振蕩,這種運動對船舶主機的損傷很大,而對于船舶的運動影響較小,可以加以濾除。低頻運動是由二階波浪力產(chǎn)生,對船舶的運動影響較大,當?shù)皖l運動對船

2、舶位移的影響超過設(shè)定的范疇時,船舶主機將會啟動產(chǎn)生一個與二階波浪力反作用的力,使船舶回到設(shè)定的位置上來。因此,我們發(fā)現(xiàn),濾波在動力定位系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用,其現(xiàn)實意義非常明顯。
　　本文以萬噸級耙吸式挖泥船為研究對象,建立了挖泥船的運動數(shù)學模型,包括高頻運動模型,低頻運動模型,測量模型,環(huán)境擾動力模型以及推進器模型等,將其與船舶動力定位模型相結(jié)合設(shè)計了一種非線性自適應(yīng)濾波器。目前用得最多的濾波器是Kalman濾波器,Kalma

3、n濾波器主要是解決線性濾波問題,同時對系統(tǒng)的精度要求較高。針對非線性濾波,應(yīng)用的較為普遍的是擴展Kalman濾波器,但該濾波器的雅可比矩陣比較難以計算,對于大的系統(tǒng)不易于求解。本文所設(shè)計的中心微分Kalman濾波器是基于線性回歸變化的專題變換,與解決非線性濾波的擴展Kalman相比,可以獲得較小的線性化誤差,同時避免了雅可比矩陣計算。通過驗證,本文所設(shè)計的濾波器能夠從附有測量噪聲的輸出中得到船舶的低頻運動位置,給船舶運動的非線性濾波帶來

4、一定的借鑒,有助于進一步學習非線性濾波問題。
　　最后,本文進行了仿真實驗,首先進行的軌跡跟蹤仿真研究,通過仿真實驗證明所設(shè)計的濾波器能夠從帶有風、浪、流等噪聲干擾中準確估計出船舶的位置。然后通過加入一個簡單的控制器,進行定點定位,通過設(shè)定一個初始值,驗證目標船舶是否能夠在短時間內(nèi)到達指定位置,實現(xiàn)定點定位。本文的主要工作集中在非線性自適應(yīng)濾波器的研究上,對非線性模型進行了一些線性化處理,在此基礎(chǔ)上使用中心微分卡爾曼濾波算法,通過