船舶动力定位的预测控制研究及其三维仿真平台开发

发布时间：2017-08-11 20:12

  本文关键词：船舶动力定位的预测控制研究及其三维仿真平台开发

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【摘要】：随着世界人口的增加、经济的迅速发展,人类对陆地资源的消耗日益加剧,陆地能源短缺问题越来越突出,开发和利用丰富的海洋资源具有越来越重要的现实意义。随着海洋开发不断向深海远海进军,传统的锚泊定位系统已经不能满足定位作业的要求,这促使了动力定位系统的产生。70年代后期,在工业过程领域内出现了一种新的控制算法,即预测控制算法。预测控制算法的飞速发展为动力定位控制器的设计提供了新的途径。 船舶动力定位系统是一个多输入多输出的闭环控制系统。动力定位船舶会受到不确定海洋环境扰动的影响,无法建立精确的船舶运动数学模型。预测控制具有对模型精度要求不高、响应速度快和鲁棒性好等优点。本文首先推导出船舶水面三自由度运动数学模型,并建立了海洋扰动力模型。然后,在考虑海洋扰动未知的条件下,针对动力定位船舶艏摇角度变化较小情况,应用动态矩阵预测控制算法设计船舶动力定位控制器。进一步,针对动力定位船舶艏摇角度变化任意大情况下的动力定位问题,引入自校正技术,应用广义预测控制设计船舶动力定位控制器。以一艘供给船为例在Matlab/Simulink环境下分别对上述控制器进行仿真,通过仿真结果分析验证了所提出的控制方案的有效性。 最后,本文应用Creator软件创建动力定位船舶和钻井平台三维模型,利用Vega构建虚拟仿真海洋环境,基于此,通过VC与Matlab混合编程实现动力定位三维仿真平台的开发,并以基于广义预测控制的船舶动力定位控制器为例在该平台上进行了三维仿真。
【关键词】：船舶动力定位 动态矩阵预测控制 广义预测控制 三维仿真平台
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 论文研究的背景与意义10-11
• 1.2 船舶动力定位国内外发展现状11-13
• 1.3 预测控制13-14
• 1.4 本文所做的工作14-16
• 第2章 动力定位船舶数学模型16-31
• 2.1 动力定位船舶运动坐标系16-17
• 2.2 动力定位船舶数学模型的建立17-20
• 2.2.1 动力定位船舶运动学模型17-18
• 2.2.2 动力定位船舶动力学模型18-20
• 2.3 海洋环境干扰力模型的建立20-30
• 2.3.1 浪的干扰力模型20-25
• 2.3.2 风的干扰力模型25-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 基于动态矩阵预测控制的船舶动力定位控制器设计31-42
• 3.1 动态矩阵预测控制的基本原理31-35
• 3.1.1 动态矩阵预测控制预测模型31-33
• 3.1.2 动态矩阵预测控制滚动优化33-34
• 3.1.3 动态矩阵预测控制反馈校正34-35
• 3.2 基于动态矩阵预测控制的船舶动力定位控制器设计35-38
• 3.2.1 船舶动态矩阵预测模型的建立35-36
• 3.2.2 船舶动力定位动态矩阵预测控制的滚动优化设计36-37
• 3.2.3 船舶动力定位动态矩阵预测控制的反馈校正设计37-38
• 3.3 仿真研究38-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 基于广义预测控制的船舶动力定位控制器设计42-57
• 4.1 广义预测控制的基本原理42-43
• 4.1.1 广义预测控制预测模型42-43
• 4.1.2 广义预测控制滚动优化43
• 4.1.3 广义预测控制反馈校正43
• 4.2 基于广义预测控制的船舶动力定位控制器设计43-50
• 4.2.1 船舶广义预测模型的建立43-47
• 4.2.2 船舶动力定位广义预测控制的滚动优化设计47-49
• 4.2.3 船舶动力定位广义预测控制的反馈校正设计49-50
• 4.3 仿真研究50-55
• 4.4 模型预测控制船舶动力定位控制器的比较55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 动力定位系统三维仿真平台的开发57-72
• 5.1 三维仿真技术的简介57-58
• 5.2 动力定位系统三维仿真环境的建立58-63
• 5.2.1 Multigen Creator软件建立船舶和钻井平台的三维模型58-60
• 5.2.2 三维仿真环境的建立60-63
• 5.3 三维仿真平台的设计63-68
• 5.3.1 基于VC与Matlab混合编程数字仿真的实现63-65
• 5.3.2 基于MFC的可视化仿真的实现65-68
• 5.4 动力定位船舶的三维仿真68-71
• 5.5 本章小结71-72
• 结论与展望72-73
• 参考文献73-77
• 攻读学位期间科研成果77-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 王国玉,韩璞;预测控制及其在热工过程控制中的应用[J];电站系统工程;2002年03期

2 赵沁平;;虚拟现实综述[J];中国科学（F辑:信息科学）;2009年01期

3 吴斐文;;关于动力定位国际组织和标准综述[J];上海造船;2010年02期

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本文编号：658031