广义预测理论在动力定位系统中的应用

发布时间：2021-09-08 16:22

　　在船舶动力定位系统中,利用预测理论可以对船舶动力进行合理的控制,使船舶在海浪、海风等干扰作用下具有更高的响应速度,保障船舶定位系统的抗干扰水平和精度。本文首先对船舶动力系统的控制原理进行介绍,通过建立船舶的干扰力模型,结合广义预测理论,设计船舶动力定位控制系统。仿真结果表明,该船舶动力定位控制系统具有良好的控制效果。 

【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(12)北大核心

【文章页数】：3 页

【部分图文】：

海浪的波面方程曲线图Fig.2Wavesurfaceequationcurveofwave

统不仅定位方式灵活，定位精度高而且性能可靠。本文研究的重点是一种基于广义预测理论的海上作业平台动力定位系统，通过建立动力定位过程中船舶或勘测平台的运动模型，建立一种基于广义预测理论的控制器，并重点对该控制器的控制原理与控制效果进行系统的研究。1动力定位系统的研究现状船舶或海上作业平台的动力定位系统经历了较长时间的发展，逐渐从第一代基于经典控制理论的定位系统，发展为基于最优控制的定位系统。动力定位系统的基本原理图如图1所示。图1动力定位系统的基本原理图Fig.1Basicschematicdiagramofdynamicpositioningsystem1）第一代经典控制动力定位经典控制理论主要是指PID控制理论，PID控制理论的结构简单，工作可靠性高，可以通过参数整定的方式调整船舶在空间内3个自由度的运动。第一代经典控制动力定位存在的缺点包括：①这种经典控制动力定位的自适应能力较差，无法实现控制参数的自动化整定；②无法满足非线性系统的动力定位控制过程。③经典控制系统的控制过程存在一定的时延性，因此在控制系统的响应方面较差。2）最优控制理论动力定位随着控制理论的发展，20世纪中叶业内的研究人员开发出了第二代广泛应用的多定位系统，这种动力定位系统的特点是基于最优的控制理论和滤波技术。这种动力系统分为高频子系统和低频子系统，并针对2个不同的子系统进行分别控制。低频运动包括二级波浪运动、洋流运动等，高频运动主要是指一级波浪运动、推力器等。3）智能控制动力定位系统随着智能控制算法和计算机科学的不断发展，第三代智能控制动力定位系统被研发出来，这种动力性定位系统的鲜明特点是基于智能控制算法，不仅具有较高的灵活性、适应性，而且定位过程

毯筒罘址匠痰姆椒?Ｄ舛?Χㄎ?的非线性过程。2）滚动优化滚动优化过程是广义预测控制理论的特点，在船舶动力定位控制系统中，预测模型可以根据模拟的输出信号进行不断的优化，直到满足动力定位控制系统的精度要求。滚动优化过程以某一时间段为循环周期，且循环周期的长短可以根据控制系统的复杂程度进行调节。3）反馈控制基于广义预测理论的控制器是一个闭环控制系统，通过将系统的输出信号反馈至控制模型中，实现动力定位过程的闭环控制。基于广义预测理论的动力定位系统工作原理如图3所示。图3基于广义预测理论的动力定位系统工作原理Fig.3WorkingprincipleofdynamicpositioningsystembasedonGeneralizedPredictionTheory2.3基于广义预测理论的动力定位系统仿真本文结合Matlab建立船舶动力学模型，以及海浪干扰作用力模型，进行基于广义预测理论的动力定位系统仿真分析。设定船舶初始的速度约束为2m/s，w=0.356得到基于广义预测理论的动力定位控制系统推进力输出曲线如图4所示。图4动力定位控制系统推进力输出曲线Fig.4Propulsionoutputcurveofdynamicpositioningcontrolsystem时刻为0时，施加波浪载荷，由曲线可知，动力定位控制系统在28s左右实现了推进力的稳定输出，动力定位系统实现了平衡状态。3结语船舶和海上作业平台受波浪载荷的影响，在海域内的定位精度较差。传统的锚泊定位已经难以满足需求。因此，动力定位系统成为业内广泛应用的定位方式，这也是本文的重点研究对象。本文通过建立船舶或海上作业平台的动力学模型，结合海浪激励模型，设计一种基于广义预测理论的动力定位控制系统，并通过仿真验证了该系统的性能。参考文献：

【参考文献】：
期刊论文
[1]神经网络算法在船舶动力定位系统中的应用[J]. 刘翠梅.  舰船科学技术. 2019(02)
[2]两种船舶动力定位系统滤波方法的分析与比较(英文)[J]. 郭娟,邹早建,王晓飞.  船舶力学. 2013(06)



本文编号：3391104