船舶动力定位系统控制策略分析及应用

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1、KeywordsShipdynamicpositioning;PIDalgorithm;Variabledraft;self-tuningPIDcontrol;generalizedpredictivecontrol目录摘要IAbstractII第1章绪论11」课题研究背景及其意义11.2船舶动力定位技术简介2121动力定位系统工作原理21.2.2船舶动力定位的主要功能21.3国内外研究现状及发展趋势31.4本课题研究内容4第2章动力定位系统的数学模型72.1引言72.2坐标系建立7221大地坐标系(O-XYZ)72.2.2随船坐标系(o・xyz)72

2、.3船舶操纵运动数学模型82.3.1运动变量定义82.3.2船舶三自由度模型82.4风、浪、流扰动力模型102.4.1风的干扰力数学模型102.4.2波浪干扰力数学模型112.4.3流的干扰力数学模型132.5船舶动力定位系统数学模型142.5.1船舶DP低频运动模型142.5.2船舶DT低频运动模型152.5.3K、T值计算方法162.6本章小结19第3章船舶动力定位系统控制策略研究203.1引言203.2PID控制算法20321PID控制的基本原理203.2.2PID控制算法213.2.3PID控制算法的改进233.3参考模型253.3.1速度参考

3、模型263.3.2位置和姿态参考模型273.3.3自动舵参考模型273.3.4饱和元素293.4DP控制策略303.3.1纵荡303.4.2横荡32343艄向323.4DT控制策略33341速度控制333.4.2航迹控制353.4.3艄向控制433.5自校正PID控制算法453.5.1实时参数估计453.5.2PID控制器的表达形式513.5.3基于PID结构的间接自校正控制523.6本章小结54第4章动力定位系统控制器设计及仿真分析554.1引言554.2DP控制器设计及仿真分析554.2.1控制器设计554.2.2系统仿真及实船数据分析574.3D

4、T控制器设计及仿真分析604.3.1速度控制器设计及仿真604.3.2赠向控制器设计及仿真634.4针对变吃水的控制器设计及仿真664.4.1自校正PID控制器设计664.4.2自校正控制系统仿真分析694.5木章小结72第5章基于广义预测控制的动力定位控制器设计735.1引言735.2预测控制的基本原理735.2.1预测模型735.2.2滚动优化735.2.3反馈校正745.3广义预测控制算法76531广义预测控制的基本方法765.3.2丢番图方程的递推求解785.3.3广义预测自适应控制算法805.4动力定位广义预测控制仿真分析81541被控对彖数

5、学模型825.4.2仿真试验825.4.3分析825.5木章小结83结论和展望84参考文献85攻读硕士期间发表的论文及科研成果88致谢89ContentsAbstractinChineseIAbstractinEnglishIIChapter1Exordium11.1Researchbackgroundandsignificance11.2BriefintroductionofDynamicPositioningsystemtechnology21.2.1Workingprincipleofdynamicpositioningsystem2122Mai

6、nfunctionoftheshipdynamicpositioning21.3Domesticandinternationaldevelopmenttrend31.4Researchcontentsandprimarywork4Chapter2Mathematicalmodelofthedynamicpositioningsystem72.1Introduction72.2TheestablishmentofCoordinatesystem72.2.1Geodeticcoordinatesystem72.2.2Hullcoordinatesystem

7、72.3ShipManeuveringmathematicalmodel82.3.1Motionvariabledefinitions8232Theshipthreedegreesoffreedommodel82.4Disturbingforceofthewind,waveandcurrentmodel102.4.1Mathematicalmodelofthewindforcedisturbance102.4.2Mathematicalmodelofthewaveforcedisturbance112.4.3Mathematicalmodelofthe

8、cuiTentforcedisturbance132.5Mathematicalmodelof