一种基于模型的动力定位控制系统的研究(1)

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1、一种基于模型的动力定位控制系统的研究摘要随着人类对海洋资源开发力度的加大,船舶动力定位控制系统越来越受到人们的重视船舶动力定位是一个闭环的控制系统它根据测量得到的信号产生控制作用以抵消风浪流等对于船舶的影响使其保持在要求的位置或是按照预定的轨迹行驶由于真实环境的复杂性如何建立准确的运动模型以及在复杂海况下保持良好控制效果一直是动力定位控制的研究热点本文以海平面上运动的船舶为对象研究了一种基于模型的动力定位控制系统主要完成以下几个方面的工作1根据复杂海况下的风浪流运动方程以及船舶运动规律将船舶运动分解为高频运动子系统和低频运动子系统建立了船舶动力定位系统的运动模型以及仿

2、真平台2根据运动模型建立了卡尔曼状态观测器从测量信号中分离出高频信号和低频信号完成了对船舶控制所需的低频信号的滤波3系统引入前馈补偿来抵消风力对船舶运动的影响用具有积分作用的线性二次高斯型最优控制方法作为控制规律最后得到了一个完整的基于动力定位系统模型的控制系统经对确定模型的定点控制和跟踪控制进行仿真结果表明系统的控制效果良好4引入了自校正滤波以改善基于确定模型的卡尔曼观测器的滤波性能将自校正滤波应用到不确定模型参数的高频滤波中去对高频运动进行在线参数辨识并修正低频运动信号实现了高频运动自校正滤波和低频卡尔曼滤波相结合的综合滤波并且对此进行理论分析和算法实现通过对船舶

3、模型的大量仿真结果表明在复杂海况下本文设计的船舶动力定位控制系统性能良好关键词动力定位线性二次高斯型最优控制卡尔曼滤波自校正仿真ARESEARCHONTHEMODEL-BASEDDYNAMICPOSITIONINGCONTROLSYSTEMABSTRACTResearchontheshipdynamicpositioningsystemisaproblemofgreatconcernwiththerapiddevelopmentofexploitationindeepseas.ADynamicPositioning(DP)systemisanclosed-loopsy

4、stemrequiredinmarinevehiclestomaintaindesiredheadingandpositionortotrackadesiredpath,despitetheenvironmentaldisturbancesinducedbywaves,windsandcurrents.TheproblemofdesigningDPcontrolsystemsinvolvesinacomplicatedmathematicalmodeldescriptionaccomplishedofvariationinboththeparametersandthe

5、operatingandenvironmentalconditionsisalwaysahotspotofresearch..Themodel-basedcontrolsystemdesignforDPofshipsispresentedinthispaper.Themainresearchworkisincludingthefollowingtopics:lAmathematicalmodelofdynamicpositioning(DP)systemispresentedinthispaper,whichincludesshipdynamics,thruster,

6、influenceofwind,waveandcurrent.Andthemathematicalmodeldescribingthevesseldynamicsisseparatedintoalowfrequencymodelandwavefrequencymodel.Aexperimentalsimulationenvironmentisbuilt.lAKalmanfilterbasedestimatorisusedtocomputethelow-frequencyfeedbackandfeedforwardcontrolsignal.lTheDPcontroll

7、erisamodel-basedcontroldesign,whereanewmodifiedLQGfeedbackcontroller,windfeedforwardcontrollerandthreefreeintegratorsareapplied.Thesimulationsresultsofthestation-keepingandtrackingdemonstratetheperformanceoftheproposedcontrolsystem.lInordertoimprovetheperformanceoftheKalmanfilt