隨著人類對(duì)海洋探索的不斷深入,探索范圍逐漸向深海邁進(jìn),人們對(duì)深海作業(yè)船舶的定位系統(tǒng)研究也逐漸加深。傳統(tǒng)的錨泊定位已不能滿足深海作業(yè)的需要,因此新的動(dòng)力系統(tǒng)逐漸廣泛地應(yīng)用于各種船舶及平臺(tái),其中船舶動(dòng)力定位問(wèn)題研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值�？刂葡到y(tǒng)是動(dòng)力定位系統(tǒng)的核心,本文主要對(duì)動(dòng)力定位控制系統(tǒng)中的控制算法進(jìn)行研究,并完成了以下幾個(gè)方面工作:（1）討論了分?jǐn)?shù)階控制與自抗擾控制原理,這是本文控制算法的理論基礎(chǔ)。（2）建立了分離型船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型及船舶動(dòng)力定位數(shù)學(xué)模型,考慮風(fēng)浪流等擾動(dòng)建立船舶所受干擾力模型。（3）結(jié)合分?jǐn)?shù)階微積分理論,設(shè)計(jì)分?jǐn)?shù)階PID控制器,并將其應(yīng)用于船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)。通過(guò)與整數(shù)階PID控制器對(duì)比分析可知分?jǐn)?shù)階PID控制器具有響應(yīng)速度快,魯棒性強(qiáng),控制精度高等優(yōu)點(diǎn):在船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)中,理想海況下分?jǐn)?shù)階PID控制器能夠更快的使船舶到達(dá)期望位置。（4）針對(duì)船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)中分?jǐn)?shù)階控制器參數(shù)多、調(diào)節(jié)復(fù)雜的問(wèn)題,本文提出將混合粒子群算法引入到控制器設(shè)計(jì)中,對(duì)分?jǐn)?shù)階PID控制器的參數(shù)進(jìn)行在線整定。仿真結(jié)果表明該算法在一定程度上避免了傳統(tǒng)粒子群算法的缺陷,收斂速度更快;優(yōu)化得到的... 

【文章來(lái)源】：大連海事大學(xué)遼寧省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：89 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１系統(tǒng)階次與穩(wěn)定區(qū)域關(guān)系圖??Ｆｉｇ．?２．１?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｒｄｅｒ?ａｎｄ?ｓｔａｂｌｅ?ａｒｅａ??

了跟蹤微分器，以保證觀測(cè)器的輸入信號(hào)的平滑、連續(xù)。傳統(tǒng)的ＡＤＲＣ—般由三個(gè)結(jié)??構(gòu)共同構(gòu)成，分別為跟蹤微分器（ＴＤ）、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器（ＥＳＯ）以及非線性狀態(tài)誤差反饋??控制律（ＮＬＳＥＦ），二階ＡＤＲＣ結(jié)構(gòu)如圖所示［５３】：??―‘?Ｖ?ｅｉ??１?』?｜?１?．??￣￣ｅ?＾?ＮＬＳＥＦ??＾?被控對(duì)象二＾￣￣￣？??分器?？?丨?丨????Ａ－?Ｖ??１／ｂＯ?｜?ｂＯ???匕擴(kuò)張狀態(tài)＾????：??觀測(cè)器＾??－１????圖２．２自抗擾算法結(jié)構(gòu)框圖??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＡＤＲＣ?Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ??其中，ＴＤ的作用是跟蹤輸入信號(hào)，獲得輸入信號(hào)的微分，并且具有過(guò)濾噪聲的功能；??ＥＳＯ的作用是估計(jì)系統(tǒng)中的總擾動(dòng)，異補(bǔ)償?shù)娇刂破髦校ナ钦麄�(gè)自抗擾控制的核心；??ＮＬＳＥＦ的作用是獲得控制量，決定自抗擾控制器的控制性能。整個(gè)自抗擾控制系統(tǒng)的工??作流程為：首先輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)ＴＤ后，產(chǎn)生跟蹤信號(hào)以及微分信號(hào)［７１１；然后與ＥＳＯ給出??的狀態(tài)估計(jì)值相比，得到誤差值后進(jìn)入ＮＬＳＥＦ中；最后ＥＳＯ估計(jì)岀的總擾動(dòng)計(jì)算出需??要補(bǔ)償?shù)目刂屏颗cＮＬＳＥＦ計(jì)算出的控制量相加得到總控制量輸入到被控對(duì)象中［５４】。??ｉ?？?？??２．４．２跟蹤微分器（ＴＤ）??１?？?＊??ＴＤ是一個(gè)能夠合理提取微分信號(hào)的模塊，獲得準(zhǔn)確的微分信號(hào)以提高控制器性能。??其工作原理如下：??定理２．２如果有以下二階系統(tǒng)：??（２?３５）??＝－ｇ（ｘ，，ｘ２）??ｌ?．??－１３－??

?大連海事大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文???３動(dòng)力定位船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型??３．１引言??船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型是船舶運(yùn)動(dòng)仿真與控制問(wèn)題的核心，是船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)仿真的??基淳５９］。但是船舶在海洋中行駛?cè)菀自馐茱L(fēng)、浪、流等外界環(huán)境干擾，這些因素導(dǎo)致船??舶偏離期望航向或位置。船舶的運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的六自由度運(yùn)動(dòng)，分別為縱蕩（ｓｕｒｇｅ）、橫??蕩（ｓｗａｙ）、垂蕩（ｈｅａｖｅ）、橫搖（ｒｏｌｌ）、縱搖（ｐｉｔｃｈ）和艏搖（ｙａｗ）。這些運(yùn)動(dòng)之間存??在耦合，建立船舶實(shí)際的模型太過(guò)復(fù)雜，而且一些參數(shù)難以估計(jì)，不利于仿真實(shí)現(xiàn)。而??如果船舶模型過(guò)于簡(jiǎn)化就不能準(zhǔn)確的描述系統(tǒng)真實(shí)特性，因此建立合理船舶數(shù)學(xué)模模型??就尤為重要。本章主要以海洋石油“６８１”船舶為例，建立船舶ＭＭＧ模型，并在此基礎(chǔ)??上把其簡(jiǎn)化為船舶低頻運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。??３．２船舶數(shù)學(xué)模型??３．２．?１坐標(biāo)系及坐標(biāo)變換??船舶數(shù)學(xué)模型一般分為兩種：一種是船舶運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，主要描述船舶的位置、速度、??加速度隨時(shí)間變化的關(guān)系；另一種是船舶動(dòng)力學(xué)模型，主要研究船舶所受的力和力矩作??用在船體后如何改變其運(yùn)動(dòng)位置和姿態(tài)。而船舶模型的建立一般要先建立慣性坐標(biāo)系和??船體坐標(biāo)系，如圖３．１所示。??Ｉ??：１??圖３．１慣性坐標(biāo)與船體坐標(biāo)??Ｆｉｇ．?３．１１?Ｅａｒｔｈ－ｆｉｘｅｄ?ａｎｄ?Ｂｏｄｙ－ｆｉｘｅｄ?ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｆｒａｍｅ??－２１－??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[3]船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)智能自抗擾控制研究[D]. 楊芳芳.大連海事大學(xué) 2018
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[5]船舶航向局部逼近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合自抗擾控制研究[D]. 李永正.大連海事大學(xué) 2017
[6]基于無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的模糊分?jǐn)?shù)階控制器的設(shè)計(jì)與仿真實(shí)現(xiàn)[D]. 韓瑞杰.東北大學(xué) 2017
[7]分?jǐn)?shù)階微積分算子的逼近方法及其應(yīng)用[D]. 吳萌.長(zhǎng)春理工大學(xué) 2016
[8]基于滑模變結(jié)構(gòu)的船舶動(dòng)力定位控制研究[D]. 邵井豐.大連海事大學(xué) 2015
[9]動(dòng)力定位系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PD混合控制研究[D]. 吳紫夢(mèng).大連海事大學(xué) 2015
[10]船舶動(dòng)力定位自抗擾控制及仿真的研究[D]. 高峰.大連海事大學(xué) 2013



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