在船舶動力定位系統(tǒng)中,利用預測理論可以對船舶動力進行合理的控制,使船舶在海浪、海風等干擾作用下具有更高的響應速度,保障船舶定位系統(tǒng)的抗干擾水平和精度。本文首先對船舶動力系統(tǒng)的控制原理進行介紹,通過建立船舶的干擾力模型,結合廣義預測理論,設計船舶動力定位控制系統(tǒng)。仿真結果表明,該船舶動力定位控制系統(tǒng)具有良好的控制效果。 

【文章來源】：艦船科學技術. 2020,42(12)北大核心

【文章頁數(shù)】：3 頁

【部分圖文】：

海浪的波面方程曲線圖Fig.2Wavesurfaceequationcurveofwave

統(tǒng)不僅定位方式靈活，定位精度高而且性能可靠。本文研究的重點是一種基于廣義預測理論的海上作業(yè)平臺動力定位系統(tǒng)，通過建立動力定位過程中船舶或勘測平臺的運動模型，建立一種基于廣義預測理論的控制器，并重點對該控制器的控制原理與控制效果進行系統(tǒng)的研究。1動力定位系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀船舶或海上作業(yè)平臺的動力定位系統(tǒng)經歷了較長時間的發(fā)展，逐漸從第一代基于經典控制理論的定位系統(tǒng)，發(fā)展為基于最優(yōu)控制的定位系統(tǒng)。動力定位系統(tǒng)的基本原理圖如圖1所示。圖1動力定位系統(tǒng)的基本原理圖Fig.1Basicschematicdiagramofdynamicpositioningsystem1）第一代經典控制動力定位經典控制理論主要是指PID控制理論，PID控制理論的結構簡單，工作可靠性高，可以通過參數(shù)整定的方式調整船舶在空間內3個自由度的運動。第一代經典控制動力定位存在的缺點包括：①這種經典控制動力定位的自適應能力較差，無法實現(xiàn)控制參數(shù)的自動化整定；②無法滿足非線性系統(tǒng)的動力定位控制過程。③經典控制系統(tǒng)的控制過程存在一定的時延性，因此在控制系統(tǒng)的響應方面較差。2）最優(yōu)控制理論動力定位隨著控制理論的發(fā)展，20世紀中葉業(yè)內的研究人員開發(fā)出了第二代廣泛應用的多定位系統(tǒng)，這種動力定位系統(tǒng)的特點是基于最優(yōu)的控制理論和濾波技術。這種動力系統(tǒng)分為高頻子系統(tǒng)和低頻子系統(tǒng)，并針對2個不同的子系統(tǒng)進行分別控制。低頻運動包括二級波浪運動、洋流運動等，高頻運動主要是指一級波浪運動、推力器等。3）智能控制動力定位系統(tǒng)隨著智能控制算法和計算機科學的不斷發(fā)展，第三代智能控制動力定位系統(tǒng)被研發(fā)出來，這種動力性定位系統(tǒng)的鮮明特點是基于智能控制算法，不僅具有較高的靈活性、適應性，而且定位過程

毯筒罘址匠痰姆椒?Ｄ舛?Χㄎ?的非線性過程。2）滾動優(yōu)化滾動優(yōu)化過程是廣義預測控制理論的特點，在船舶動力定位控制系統(tǒng)中，預測模型可以根據模擬的輸出信號進行不斷的優(yōu)化，直到滿足動力定位控制系統(tǒng)的精度要求。滾動優(yōu)化過程以某一時間段為循環(huán)周期，且循環(huán)周期的長短可以根據控制系統(tǒng)的復雜程度進行調節(jié)。3）反饋控制基于廣義預測理論的控制器是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過將系統(tǒng)的輸出信號反饋至控制模型中，實現(xiàn)動力定位過程的閉環(huán)控制。基于廣義預測理論的動力定位系統(tǒng)工作原理如圖3所示。圖3基于廣義預測理論的動力定位系統(tǒng)工作原理Fig.3WorkingprincipleofdynamicpositioningsystembasedonGeneralizedPredictionTheory2.3基于廣義預測理論的動力定位系統(tǒng)仿真本文結合Matlab建立船舶動力學模型，以及海浪干擾作用力模型，進行基于廣義預測理論的動力定位系統(tǒng)仿真分析。設定船舶初始的速度約束為2m/s，w=0.356得到基于廣義預測理論的動力定位控制系統(tǒng)推進力輸出曲線如圖4所示。圖4動力定位控制系統(tǒng)推進力輸出曲線Fig.4Propulsionoutputcurveofdynamicpositioningcontrolsystem時刻為0時，施加波浪載荷，由曲線可知，動力定位控制系統(tǒng)在28s左右實現(xiàn)了推進力的穩(wěn)定輸出，動力定位系統(tǒng)實現(xiàn)了平衡狀態(tài)。3結語船舶和海上作業(yè)平臺受波浪載荷的影響，在海域內的定位精度較差。傳統(tǒng)的錨泊定位已經難以滿足需求。因此，動力定位系統(tǒng)成為業(yè)內廣泛應用的定位方式，這也是本文的重點研究對象。本文通過建立船舶或海上作業(yè)平臺的動力學模型，結合海浪激勵模型，設計一種基于廣義預測理論的動力定位控制系統(tǒng)，并通過仿真驗證了該系統(tǒng)的性能。參考文獻：

【參考文獻】：
期刊論文
[1]神經網絡算法在船舶動力定位系統(tǒng)中的應用[J]. 劉翠梅.  艦船科學技術. 2019(02)
[2]兩種船舶動力定位系統(tǒng)濾波方法的分析與比較(英文)[J]. 郭娟,鄒早建,王曉飛.  船舶力學. 2013(06)



本文編號：3391104