耙吸挖泥船轨迹跟踪疏浚控制方法研究

发布时间：2017-08-23 23:05

  本文关键词：耙吸挖泥船轨迹跟踪疏浚控制方法研究

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【摘要】：耙吸挖泥船在疏浚作业中必须进行轨迹跟踪控制,才能保证挖泥船沿着指定的轨迹进行挖泥,动力定位系统是挖泥船实现精准作业的核心装备。本文以“江苏省产学研联合创新资金—前瞻性联合研究项目”为依托,以某大型耙吸式挖泥船为研究对象,重点对挖泥船在疏浚作业过程中的轨迹跟踪控制方法进行了研究。首先分析了船舶运动特性和风、浪、流等干扰的特点,对疏浚作业的船舶运动模型进行了合理的假设,结合控制需求和模型复杂程度为后续的船舶模型的简化打下基础。而后,研究了挖泥过程中耙臂受到的拖曳力的数学模型,通过对耙臂进行受力分析,获得了耙臂拖曳力的模型,为耙吸挖泥船模型的建立和轨迹跟踪控制的研究打下基础。其次在现有视线(line-of-sight,LOS)控制策略的基础上对其进行了改进,结合自适应观测器,提出了自适应积分LOS控制策略。海流作为影响挖泥船轨迹跟踪的重要因素,通过自适应观测器对其进行估计,结合LOS控制策略对挖泥船艏向进行补偿,从而保证轨迹跟踪任务的完成。本文还给出了艏向控制器控制量同方位量之间的换算关系和视线控制策略的具体算法。最后考虑到耙吸挖泥船在疏浚过程中模型参数会随着工况不同及受到的干扰而发生变化,为了提高轨迹跟踪控制的鲁棒性和抗干扰能力,采用滑模控制设计了轨迹跟踪控制器。仿真实验表明,本文所设计的滑模控制器在满足动力定位设备限制的前提下,降低了滑模控制“抖振”的作用并兼顾控制品质要求,综合性能优于常规的PID控制器。针对慢时变干扰,为了进一步提高控制器的适应性和抗干扰能力,设计了自适应反演滑模控制器。最后根据建立的挖泥船模型,引入自适应积分控制策略,通过仿真实验和实船实验对轨迹跟踪控制效果进行了验证,实验结果表明本文提出的轨迹跟踪控制方法具有一定的工程实用价值。
【关键词】：耙吸挖泥船 动力定位 轨迹跟踪 控制策略 滑模控制
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.82;U674.31
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 课题的背景及意义13-15
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势15-17
• 1.3 本课题研究内容17-19
• 第2章 耙吸挖泥船的数学模型19-47
• 2.1 挖泥船的低频运动模型19-27
• 2.1.1 坐标系及运动变量19-20
• 2.1.2 船舶六自由度运动模型20-25
• 2.1.3 挖泥船的运动模型25-27
• 2.2 挖泥船的高频运动模型27-29
• 2.3 外界干扰的数学模型29-39
• 2.3.1 风的模型29-34
• 2.3.2 波浪的力和力矩模型34-38
• 2.3.3 海流模型38-39
• 2.4 耙吸挖泥船耙臂拖曳力分析39-46
• 2.4.1 耙吸管系统39-41
• 2.4.2 耙臂拖曳力估计41-46
• 2.5 本章小结46-47
• 第3章 耙吸挖泥船的轨迹跟踪策略研究47-63
• 3.1 引言47-49
• 3.2 耙吸挖泥船的轨迹规划49-51
• 3.3 LOS控制策略51-55
• 3.3.1 常规LOS控制策略51-53
• 3.3.2 前视(look ahead)LOS控制策略53-55
• 3.4 自适应积分LOS控制策略55-59
• 3.5 控制器输入/输出量同艏向方位量的换算59-62
• 3.6 本章小结62-63
• 第4章 轨迹跟踪控制器设计及仿真63-93
• 4.1 滑模变结构控制概述63-69
• 4.1.1 滑模控制简介63-66
• 4.1.2 滑模控制抖振产生的原因及消除方法66-69
• 4.2 轨迹跟踪滑模控制器设计69-75
• 4.2.1 滑模控制器设计69-70
• 4.2.2 仿真结果及分析70-75
• 4.3 轨迹跟踪自适应反演滑模控制器设计75-83
• 4.3.1 自适应控制和反演控制简介76-78
• 4.3.2 自适应反演滑模控制器设计78-83
• 4.4 耙吸挖泥船轨迹跟踪建模及控制效果83-92
• 4.4.1 耙吸挖泥船轨迹跟踪仿真实验83-90
• 4.4.2 实船试验及分析90-92
• 4.5 本章小结92-93
• 结论及展望93-95
• 参考文献95-99
• 致谢99

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 周岗;陈永冰;陈阳;李文魁;贾玉柱;;一种船舶直线航迹控制算法及控制参数的设计[J];仪器仪表学报;2013年05期

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本文编号：727800