針對船舶動(dòng)力定位控制系統(tǒng)中的狀態(tài)估計(jì)問題,提出了一種非線性狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì)方法。采用類Lyapunov方法設(shè)計(jì)無源觀測器,以估計(jì)誤差的低通濾波信號作為增廣狀態(tài)變量,通過在觀測器方程中引入增廣狀態(tài)變量以減少高頻運(yùn)動(dòng)分量對低頻運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)的影響,采用粒子群優(yōu)化算法對觀測器增益矩陣中的9個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行組合尋優(yōu)進(jìn)一步提高觀測器動(dòng)態(tài)性能。還以一艘供給船為例進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)非線性觀測器的有效性。

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【部分圖文】：

圖1船舶運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系

對于水面動(dòng)力定位船舶，一般用縱蕩、橫蕩和艏搖三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行描述[4]。建立兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)：隨船坐標(biāo)系xoy和地球坐標(biāo)系XOY，如圖1所示：可選取η=[x,y，ψ]T,v=[u,v,r]T，船舶三自由度低頻運(yùn)動(dòng)模型為[4]:

圖2粒子群優(yōu)化算法流程圖

PSO算法流程如圖2所示：3仿真驗(yàn)證

圖3船舶縱蕩方向低頻位移期望值與估計(jì)值

獲得DP船舶仿真結(jié)果如圖3～圖5所示，圖中虛線為估計(jì)值，實(shí)線為期望值。由于篇幅的限制，僅給出縱蕩方向的仿真曲線。圖4船舶縱蕩方向低頻速度期望值與估計(jì)值

圖4船舶縱蕩方向低頻速度期望值與估計(jì)值

圖3船舶縱蕩方向低頻位移期望值與估計(jì)值圖5船舶縱蕩方向高頻位移期望值與估計(jì)值

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