考虑指令螺距输入的船舶动力定位有限时间控制
发布时间：2021-11-04 11:16
船舶动力定位系统（Dynamic Positioning System,DPS）是指船舶在不借助任何锚泊设备的前提下,凭借自身推进系统对海洋环境干扰进行补偿并驱动船舶运动,以达到在目标位置或精确地跟踪某一预设轨迹的功能,从而完成各种海上生产作业的自动控制系统。相比于传统的锚泊定位方式,DPS具有定位精度高、操纵性强,抗干扰能力强且不受水深限制的优点。近年来,由于人类活动从近岸向深海空间的扩张,动力定位系统在海洋能源勘探、海上工程维护和海洋环境调查等活动的中显示出越来越重要的意义。另一方面,随着控制理论的发展及其在海洋工程领域的应用,船舶也朝向更加智能化,自动化的方向发展。常见的配备DPS的水面运载工具有:供应船、海上石油钻井平台、深水钻井船。本文考虑了执行器增益不确定,模型参数不确定及外界扰动上界未知的非线性船舶动力定位系统,基于Backstepping工具设计了一种自适应有限时间控制器。利用径向基神经网络（Radial Basis Functions Neural Networks,RBFNNs）具有逼近任意非线性函数的优点对动力定位船舶模型参数不确定进行逼近,使得到的控制律不需要船...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１船舶动力定位系统组成??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｈｉｐ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??
３．?１．１船舶运动的参考坐标系??船舶在海面上的任意运动一般可以通过六个自由度进行描述，其采用两种坐??标系统：惯性坐标系统与附体坐标系统。如图３．１所示。图中为固定于地??球表面的惯性系统，取作基准参考系统，规定￡为起始位置，轴指向正北，??轴指向正东，轴指向地心；是附体坐标系，０位于船舶艏尾中心线位??置，Ｏｘ沿船中线指向船首，办指向右肢，Ｏｚ指向船底；艏向角＃以正北为初始??方向，沿着顺时针方０°￣３６（Ｔ变化。??船舶的实际运动异常复杂。若采用附体坐标系描述，船舶的任意运动包含两??１６??
图３．２线性阻尼和二次阻尼的影响范围曲线??Ｆｉｇ．３．２?Ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｌｉｎｅａｒ?ａｎｄ?ｑｕａｄｒａｔｉｃ?ａｎｄ?ｔｈｅｉｒ?ｓｐｅｅｄ?ｒｅｇｉｍｅｓ．??动力定位进行作业时通常是保持低速运行。如图３．２所示，线性指数阻尼项??和非线性二次阻尼项在船舶不同的速度领域起到主导作用。其中，线性指数阻尼??项对运动的镇定起到主导作用。此外，动力定位船舶通常运行在２ｍ／ｓ的低速域，??若只考虑非线性二次阻尼项，将会对低速航行的船舶造成震荡运动。??＾＾，１；，４为执行器提供的控制力或力矩。１．＝＾人＾，１为分别作用于??船舶三个自由度的扰动分量。??３．?２．?３环境扰动??考虑到海浪具有随机性，而船舶在执行动力定位作业时主要遭受到慢时变海??洋环境干扰的影响。一般地，当系统具有大惯性大时滞时，外界干扰可以看成白??噪声，可以利用Ｍａｒｋｏｖ过程的理论处理动态系统的输出和输入的关系［５７］。作用于??船舶上的等效环境千扰可由如下的一阶Ｍａｒｋｏｖ过程描述：??［ｒ?＝?ＲＪｂ??－?
【参考文献】：
期刊论文
[1]欠驱动船舶简捷鲁棒自适应路径跟踪控制[J]. 张国庆,张显库,关巍. 哈尔滨工程大学学报. 2014(09)
[2]非奇异终端滑模控制系统相轨迹和暂态分析[J]. 穆朝絮,余星火,孙长银. 自动化学报. 2013(06)
[3]基于非线性模型预测的船舶动力定位控制器设计[J]. 王元慧,隋玉峰,吴静. 哈尔滨工程大学学报. 2013(01)
[4]Global Robust and Adaptive Output Feedback Dynamic Positioning of Surface Ships[J]. Khac Duc Do. Journal of Marine Science and Application. 2011(03)
[5]有限时间控制问题综述[J]. 丁世宏,李世华. 控制与决策. 2011(02)
[6]非线性船舶动力定位控制器设计[J]. 赵大威,边信黔,丁福光. 哈尔滨工程大学学报. 2011(01)
[7]船舶动力定位系统控制技术的发展与展望[J]. 余培文,陈辉,刘芙蓉. 中国水运. 2009(02)
[8]现代船舶动力定位系统设计[J]. 李文魁,陈永冰,田蔚风,蒋志营. 船海工程. 2007(05)
[9]一种波浪中的船舶动力定位运动建模方法研究[J]. 李文魁,张博,田蔚风,陈永冰,周永余. 仪器仪表学报. 2007(06)
[10]一类二阶非线性系统的有限时间状态反馈镇定方法[J]. 李世华,丁世宏,田玉平. 自动化学报. 2007(01)
本文编号：3475616
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１船舶动力定位系统组成??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｈｉｐ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??
３．?１．１船舶运动的参考坐标系??船舶在海面上的任意运动一般可以通过六个自由度进行描述，其采用两种坐??标系统：惯性坐标系统与附体坐标系统。如图３．１所示。图中为固定于地??球表面的惯性系统，取作基准参考系统，规定￡为起始位置，轴指向正北，??轴指向正东，轴指向地心；是附体坐标系，０位于船舶艏尾中心线位??置，Ｏｘ沿船中线指向船首，办指向右肢，Ｏｚ指向船底；艏向角＃以正北为初始??方向，沿着顺时针方０°￣３６（Ｔ变化。??船舶的实际运动异常复杂。若采用附体坐标系描述，船舶的任意运动包含两??１６??
图３．２线性阻尼和二次阻尼的影响范围曲线??Ｆｉｇ．３．２?Ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｌｉｎｅａｒ?ａｎｄ?ｑｕａｄｒａｔｉｃ?ａｎｄ?ｔｈｅｉｒ?ｓｐｅｅｄ?ｒｅｇｉｍｅｓ．??动力定位进行作业时通常是保持低速运行。如图３．２所示，线性指数阻尼项??和非线性二次阻尼项在船舶不同的速度领域起到主导作用。其中，线性指数阻尼??项对运动的镇定起到主导作用。此外，动力定位船舶通常运行在２ｍ／ｓ的低速域，??若只考虑非线性二次阻尼项，将会对低速航行的船舶造成震荡运动。??＾＾，１；，４为执行器提供的控制力或力矩。１．＝＾人＾，１为分别作用于??船舶三个自由度的扰动分量。??３．?２．?３环境扰动??考虑到海浪具有随机性，而船舶在执行动力定位作业时主要遭受到慢时变海??洋环境干扰的影响。一般地，当系统具有大惯性大时滞时，外界干扰可以看成白??噪声，可以利用Ｍａｒｋｏｖ过程的理论处理动态系统的输出和输入的关系［５７］。作用于??船舶上的等效环境千扰可由如下的一阶Ｍａｒｋｏｖ过程描述：??［ｒ?＝?ＲＪｂ??－?
【参考文献】：
期刊论文
[1]欠驱动船舶简捷鲁棒自适应路径跟踪控制[J]. 张国庆,张显库,关巍. 哈尔滨工程大学学报. 2014(09)
[2]非奇异终端滑模控制系统相轨迹和暂态分析[J]. 穆朝絮,余星火,孙长银. 自动化学报. 2013(06)
[3]基于非线性模型预测的船舶动力定位控制器设计[J]. 王元慧,隋玉峰,吴静. 哈尔滨工程大学学报. 2013(01)
[4]Global Robust and Adaptive Output Feedback Dynamic Positioning of Surface Ships[J]. Khac Duc Do. Journal of Marine Science and Application. 2011(03)
[5]有限时间控制问题综述[J]. 丁世宏,李世华. 控制与决策. 2011(02)
[6]非线性船舶动力定位控制器设计[J]. 赵大威,边信黔,丁福光. 哈尔滨工程大学学报. 2011(01)
[7]船舶动力定位系统控制技术的发展与展望[J]. 余培文,陈辉,刘芙蓉. 中国水运. 2009(02)
[8]现代船舶动力定位系统设计[J]. 李文魁,陈永冰,田蔚风,蒋志营. 船海工程. 2007(05)
[9]一种波浪中的船舶动力定位运动建模方法研究[J]. 李文魁,张博,田蔚风,陈永冰,周永余. 仪器仪表学报. 2007(06)
[10]一类二阶非线性系统的有限时间状态反馈镇定方法[J]. 李世华,丁世宏,田玉平. 自动化学报. 2007(01)
本文编号：3475616
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