船舶动力定位自抗扰控制与仿真的分析

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1、中文摘要摘要由于海上环境的复杂，船舶所受到的干扰较强，而且船舶运动模型具有非线性、不确定性等特点，对船舶海上动力定位系统提出了很高的要求。研究发现，线性自抗扰控制具有抗扰能力强，控制参数少及不基于精确数学模型等特点，因此本文研究采用线性自抗扰控制技术(LADRC)设计了动力定位控制器，并以“北海救115”实船模型为对象，对其进行了仿真研究。本文首先介绍了船舶动力定位的发展及研究现状；建立了船舶运动数学模型以及风、浪、流等环境干扰的模型。然后根据“北海救115”的实船资料数据，建立了船舶动力定位数学模型，并进行了旋回仿真，为控制器的设计打下了基

2、础。其次，讨论了自抗扰控制器的原理及组成结构，对跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)、非线性反馈控制率(NLSEF)及其算法进行了简要说明。之后详细给出了线性自抗扰控制器的基本结构以及基本算法。最后，研究设计了动力定位线性自抗扰控制器，通过MATLAB进行了仿真验证研究，首先分别在较小干扰海况条件下和较大干扰海况条件下，与基于误差反馈的传统PID控制对比，分析线性自抗扰控制器的鲁棒性和抗扰动能力；其次通过改变被控船舶参数，研究分析线性自抗扰控制的模型参数适应性；最后，设计了基于线性状态扩张观测器的反步法控制器，扩大了线性观测器的应用。

3、本文的工作主要是建立船舶运动数学模型，并设计动力定位线性自抗扰控制器，探讨其在动力定位系统中的应用，仿真计算结果验证了本文采用线性自抗扰控制技术的动力定位控制器的有效性。关键词：船舶动力定位；船舶运动模型；线性自抗扰控制；仿真英文摘要ABSTRACTDuetothecomplicatemarineenvironment，thestronginterferencetotheship，andthenonlinear,uncertaintyoftheshipmodel，highdemandstotheshipdynamicpositioningsy

4、Stemaleputforward．Throughresearch，itfindsthatlinearactivedisturbancerejectioncontrol(LADRC)hasstronganti-interferencecapability，lesscontrolparametersandisnotbasedonaccuratemodeletc．ThispaperusesLADRCtodesignthecontroller,andtakes”Beihaijiu115”asstudyobjecttotakethesimulatio

5、nresearchonit．Inthefirstpart，thispapersummarizesthepresentdevelopmentsituationofshipdynamicpositioningsystem，establishesthemathematicalmodelofshipmotionandwind，wave，currentdisturbancesmodel，andthenaccordingtothedataof”Beihaijiul15”，establishthemathematicmodelofdynamicpositi

6、oning，andthroughthesimulationofturningtrialtoprovethevalidityofthemodel，thuslayingthefoundationforthecontrollerdesign．Secondly，thispaperintroducestheprincipleandcompositionofADRC，andbrieflydescribesthetrackingdifferentiator(TD)，extendedstateobserver(ESO)，nonlinearfeedbackco

7、ntrolrate(NLSEF)andalgorithm．Later，thebasicprincipleaswellasthebasicalgorithmofADRClineararegivenindetail．Finally，thispaperresearchesanddesignslinearactivedisturbancerejectioncontroller,makessimulationbyMATLAB．Analysistheanti·interferencecapacityrobustabilityofLADRCcontroll

8、erinanlowerdisturbanceseaconditionandhigherdisturbanceseaconditions；bychangingthep