耙吸挖泥船轨迹跟踪疏浚控制方法研究

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1、学校代码：10289分类号：U664.82密级：公开学号：109030024江苏科技大学硕士学位论文耙吸挖泥船轨迹跟踪疏浚控制方法研究研究生姓名张弘昊导师姓名杨奕飞申请学位类别工程硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业控制工程论文提交日期2014年12月24日研究方向船舶综合控制技术论文答辩日期2015年3月20日答辩委员会主席曾庆军评阅人盲审盲审2015年3月25日分类号：U664.82密级：公开学号：109030024工学硕士学位论文耙吸挖泥船轨迹跟踪疏浚控制方法研究学生姓名张弘昊指导教师杨奕飞江苏科技大学二O

2、一五年三月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringControlofPathFollowingandDredgingfortheTrailingSuctionHopperDredgerSubmittedbyZhangHonghaoSupervisedbyYangYifeiJiangsuUniversityofScienceandTechnologyMarch,2015江苏科技大学学位论文原创性声明

3、本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：张弘昊2015年3月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学

4、位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密☑。学位论文作者签名：张弘昊指导教师签名：杨奕飞2015年3月日2015年3月日江苏科技大学专业硕士学位论文摘要耙吸挖泥船在疏浚作业中必须进行轨迹跟踪控制，才能保证挖泥船沿着指定的轨迹进行挖泥，动力定位系统是挖泥船实现精准作业的核心装备。本文以“江苏省产学研联合创新资金—前瞻性联合研究项目”为依托，以某大型耙吸式挖泥船为研究对象，重点对挖泥船在疏浚

5、作业过程中的轨迹跟踪控制方法进行了研究。首先分析了船舶运动特性和风、浪、流等干扰的特点，对疏浚作业的船舶运动模型进行了合理的假设，结合控制需求和模型复杂程度为后续的船舶模型的简化打下基础。而后，研究了挖泥过程中耙臂受到的拖曳力的数学模型，通过对耙臂进行受力分析，获得了耙臂拖曳力的模型，为耙吸挖泥船模型的建立和轨迹跟踪控制的研究打下基础。其次在现有视线（line-of-sight，LOS）控制策略的基础上对其进行了改进，结合自适应观测器，提出了自适应积分LOS控制策略。海流作为影响挖泥船轨迹跟踪的重要因素，通过自适

6、应观测器对其进行估计，结合LOS控制策略对挖泥船艏向进行补偿，从而保证轨迹跟踪任务的完成。本文还给出了艏向控制器控制量同方位量之间的换算关系和视线控制策略的具体算法。最后考虑到耙吸挖泥船在疏浚过程中模型参数会随着工况不同及受到的干扰而发生变化，为了提高轨迹跟踪控制的鲁棒性和抗干扰能力，采用滑模控制设计了轨迹跟踪控制器。仿真实验表明，本文所设计的滑模控制器在满足动力定位设备限制的前提下，降低了滑模控制“抖振”的作用并兼顾控制品质要求，综合性能优于常规的PID控制器。针对慢时变干扰，为了进一步提高控制器的适应性和抗干

7、扰能力，设计了自适应反演滑模控制器。最后根据建立的挖泥船模型，引入自适应积分控制策略，通过仿真实验和实船实验对轨迹跟踪控制效果进行了验证，实验结果表明本文提出的轨迹跟踪控制方法具有一定的工程实用价值。关键词：耙吸挖泥船；动力定位；轨迹跟踪；控制策略；滑模控制VICatalogueAbstractToguaranteesailingaccordingdesiredtrajectory,trajectoryfollowingcontrolisrequiredduringdredgingoperations.Inord

8、ertoregulatethedredgerstoadesiredtrajectory,aDynamicPositioningcontrolsystemisthekeypart.ThispaperreliedonInnovationJointFundingforindustry-universities-instituteofJiangsuprovinceandthest