船舶动力定位系统非线性估计滤波器的研究

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1、哈尔滨T程大学硕士学位论文摘要动力定位系统可以使船舶在海上保持一定的位置和方向，具有不受水深的限制、投入和撤离迅速等优点并且使船实现精确的机动。对于许多进行海上作业的船舶来说，动力定位系统都是必要的支持系统。船舶在海面上的综合运动一般分为由风、流、二阶波漂力、推力器造成的低频运动和一阶波浪力造成的高频运动。由于高频运动仅表现为周期性的振荡而不会导致平均位置的改变，为了避免不必要的能量浪费和推力器的磨损，一般从船舶测得的综合位置信号分离出低频信号进行控制，因此，滤波在动力定位系统中起着非常重要的作用。本文以动力定位船舶为研究对象，在合理的假设条件下，建

2、立并推导出了简便的动力定位船舶的数学模型，并针对二阶波浪漂移力和海流等外界慢变的环境作用力和力矩，建立了环境力估计模型，并将其与船舶动力定位系统模型相结合设计了一种非线性估计滤波器。该估计滤波器既能完成动力定位系统需要的滤波作用，也能够从附有测量噪声的输出中估计得到船舶低频位置和运动速度，以及环境扰动作用力。最后，本文以动力定位系统数学模型进行仿真，通过不加控制器，加入控制器无估计滤波器和加入控制器有估计滤波器等一系列仿真实验，验证了此非线性估计滤波器能够准确估计得到系统模型中的状态。本文的研究工作集中在动力定位系统的滤波器上，重点探讨了非线性系统理

3、论在动力定位系统中的应用，并对系统的稳定性做了详细的分析。文中做了大量的仿真研究，通过仿真结果来验证所提出算法的有效性。关键词：动力定位；非线性估计滤波器；船舶模型；环境扰动；哈尔滨1=程大学硕十学位论文ABSTRACTDynamicpositioningsystemcanmakethevesselkeepcertainpositionanddirectiononthesea,haveadvantagesthatarenotrestrictedbythedepthofwaterandenterorretreatrapidly,andachieveth

4、epreciseflexibilityofships．Tomanyvesselswhichcarryontheoperationonthesea,itisnecessarytousethedynamicpositioningsystem．ThemovementofvesselsontheseausuallydivideforlOWfrequencymovementthatcomposesofwind，current，second-orderwavedriftandhighfrequencymovementthatcomposesoffirst-ord

5、erwave-induceddistrubances．Astheperformanceofhighfrequencymovementiscycliccalshocksandwillnotleadtotheinfluenceofaverageposition，inordertoavoidunnecessaryenergywasteandthethrustersystemwear,itusuallyisolatesthelowfrequencysignaltocongolfromcomprehensivepositionsignalofvessels．S

6、o，filterplaysaveryimportantroleinthedynamicpositioningsystem．ThispaperisbasedonDPship，asimplemotionmathematicalmodelofthevesselisestablishedandedtleedaccordingtosomereasonablesupposition．AenvironmentdisturbanceestimatemodeliSestablishedfortheslowlyvaryingenvironmentalforcesandm

7、oments，suchassecond．orderwavedrift，seacurrent，andintegratethismodelintoDPsystemmodel，wedesignanonlinearestimatefilter．Theproposedestimatefilterproducesnoise-freeestimatesofthelow-frequencyposition,thevelocityandtheslowlyvaryingenvironmentaldisturbances．Finally,thenonlinearestim

8、atefilterhasbeensimulatedonacomputermodelofasupplyvess