基于模型预测控制的动力定位过驱动控制设计-论文.pdf

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1、第35卷第6期哈尔滨工程大学学报Vo1．35№．62014年6月JournalofHarbinEnzineeriUniversitvJun．2014基于模型预测控制的动力定位过驱动控制设计梁海志，李芦钰，欧进萍'(1．大连理工大学运载工程与力学学部，辽宁大连116024；2．大连理工大学建设工程学部，辽宁大连116024；3．哈尔滨工业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨150090)摘要：半潜式平台动力定位系统仅能控制纵荡、横荡和艏摇的低频运动，而整个系统安装的推力器个数大于被控自由度个数，因此整个定位系统为过驱动系统。针对该系统，采用模型预测控制，将虚拟控制力计算和推力

2、分配实现一体化设计。控制力由推力器推力显式表达，充分考虑了推力器物理性能，以推力器推力变化率为控制参数。设计中，首先利用当前运动状态预测环境扰动，通过最小二乘法实现环境扰动的初次分配，然后再进行标准模型预测控制，充分考虑了桨一桨干扰造成的推力损失问题，通过设置上下游推力器间推力夹角，有效地避免了推力损失。最后给出数值算例验证了该方法。关键词：半潜式平台；动力定位；过驱动系统；模型预测控制；扰动补偿；约束控制；推力分配；推力损失doi：10．3969／j．issn．1006—7043．201305031网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／do

3、i／10．3969／j．issn．1006—7043．201305031．html中图分类号：U661．1文献标志码：A文章编号：1006．7043(2014)06—0701．06Over-actuatedcontrollerdesignfordynamicpositioningsystembasedonmodelpredictivecontrolLIANGHaizhi，LILuyu，OUJinping，(1FacultyofVehicleEngineeringandMechanics，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024

4、，China；2．FacultyofInfrastruc—tureEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China；3SchoolofCivilEngineering，HarbinInstituteofTeehno1．ogy，Harbin150090，China)Abstract：Thedynamicpositioningsystem(DPS)ofthedeepwatersemi-submersibleplatformcanonlycontrollow．frequencymotionsofsurge

5、，swayandyaw．DPScanbeconsideredasanover—actuatedsystem，becausethenumberofpropellersismorethanthehorizontalplanedegreesoffreedom．Modelpredictivecontrol(MPC)whichintegratesthevirtualcontrolforcecalculationandthrustallocationwasadopted．Thecontrolforceswereexplicitlyexpressedbythepropellerst

6、hrustforces，whichfullyconsideredthepropellersphysicalperformance，andthethrustchangeratewasconsideredasthecontrolparameters．Inthedesign，theenvironmentdisturbancewaspredictedfirstlybasedonthecurrentdynamicstates，achievingtheinitialdistributionofenvironmentalperturbationsbyusingtheleastsqu

7、aresmethod．Andthenthestandardmodelpredictivecontrolwasdone，whichtakesfullconsiderationofthethrustlOSSduetothrust—thrustinteractionproblems．IteffectivelyavoidedthrustlOSSbysettingthethrustanglebetweentheupstreamanddownstreamthrusters．Basedonthesedesigns，whilethevirtualcontrolfor