船舶动力定位系统的自抗扰控制研究

发布时间：2017-08-27 23:05

  本文关键词：船舶动力定位系统的自抗扰控制研究

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【摘要】：本文针对船舶动力定位控制系统展开了仿真建模与自抗扰控制的研究,主要的研究工作包括以下四个方面： 1.基于实船数据建立了动力定位控制系统的仿真模型,包括系统动力学模型、实时推力分配逻辑、推进器模型以及传感器噪声模型,使得控制器的输出量能实时转化为实际工程中的控制量——螺距角和舵角,并对所建立的系统模型进行了仿真验证。 2.作者从自抗扰控制应用研究的核心问题——扰动估计切入,首先详细分析了船舶动力定位系统中所面临的各种扰动,并将其分为低频扰动和高频扰动两类。针对低频扰动,分别对速度矢量可测量和速度矢量不可测量的情况给出了相应的抗扰控制方法；针对高频扰动,探索应用了两种自抗扰的滤波方法,然后对所提出的控制和滤波方法进行了仿真验证。最后对动力定位自抗扰控制方案效果的影响因素进行了讨论分析,为后续研究奠定了基础。 3.提高扩张状态观测器的扰动估计精度是提高自抗扰控制性能的重要途径,针对工程实际中可能存在的情况：1)可实现观测器带宽较小；2)采样间隔大,分别给出了相应的扰动估计模型的改进方法：1)基于双ESO的扰动估计模型；2)基于高阶扰动信息的扰动估计模型,并以锚泊辅助动力定位问题为例,仿真验证了上述改进方法的有效性。 4.针对船舶动力定位控制系统中由执行机构引起的时滞问题,本文提出一种基于预估器的采用高阶扰动信息扰动估计模型的自抗扰控制器,并以动力定位系统中第三个回路为例,分别对不考虑与其它回路耦合影响和考虑与其它回路耦合影响的情形进行了仿真计算,验证了上述自抗扰控制器对于系统含有时滞的船舶动力定位控制的有效性。
【关键词】：动力定位 实时推力分配 自抗扰 扩张状态观测器 时滞
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 创新点摘要5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 船舶动力定位控制系统国内外发展现状12-16
• 1.2 研究动机16-17
• 1.3 本文研究内容和结构安排17-20
• 1.3.1 建立船舶动力定位系统仿真模型17-18
• 1.3.2 船舶动力定位系统的抗扰控制18-19
• 1.3.3 基于改进型扰动估计模型的船舶动力定位抗扰控制19
• 1.3.4 系统含有时滞的船舶动力定位抗扰控制19-20
• 1.4 本章小结20-21
• 第2章 船舶动力定位系统建模21-47
• 2.1 引言21-24
• 2.2 船舶运动动力学模型24-31
• 2.2.1 仿真对象实船数据24-26
• 2.2.2 船舶动力定位系统动力学模型26-31
• 2.3 对量测数据的滤波处理31-32
• 2.4 实时推力分配32-38
• 2.4.1 实时推力分配的逻辑计算模型33-34
• 2.4.2 推力分配方法34-36
• 2.4.3 各推力器推力计算模型36-38
• 2.5 动力定位仿真试验系统测试38-46
• 2.5.1 推力分配方法的可行性38-39
• 2.5.2 仅考虑船舶运动模型的控制仿真39-40
• 2.5.3 包含实时推力分配算法的系统仿真40-46
• 2.6 本章小结46-47
• 第3章 船舶动力定位系统的抗扰控制47-83
• 3.1 引言47-49
• 3.2 自抗扰控制原理49-51
• 3.3 抗扰的核心问题——扰动估计51-56
• 3.3.1 船舶运动的动力学分析51-53
• 3.3.2 动力定位抗扰控制需解决的核心问题53-55
• 3.3.3 数学描述55-56
• 3.4 船舶动力定位系统的抗扰方法56-61
• 3.4.1 速度矢量v不可测时的抗扰方法56-59
• 3.4.2 速度矢量v可测时的抗扰方法59-61
• 3.5 两种滤波方法61-66
• 3.5.1 滤波方法62-65
• 3.5.2 滤波测试65-66
• 3.6 船舶动力定位抗扰方法的仿真研究66-71
• 3.6.1 滤波能力和扰动估计情况66-69
• 3.6.2 控位能力和解耦性69-71
• 3.7 船舶动力定位自抗扰控制方案效果的影响因素讨论71-82
• 3.7.1 非线性ESO还是线性ESO?71-72
• 3.7.2 ESO的扰动估计精度的影响72
• 3.7.3 控制器对闭环系统的影响72-82
• 3.7.4 其他影响因素82
• 3.8 本章小结82-83
• 第4章 基于改进型扰动估计模型的船舶动力定位抗扰控制83-105
• 4.1 引言83
• 4.2 问题描述83-86
• 4.3 基于双ESO的扰动估计模型86-92
• 4.3.1 ESO的另一种扰动估计模式86-89
• 4.3.2 基于双ESO的扰动估计模型89-92
• 4.4 基于高阶扰动信息的改进型扰动估计模型92-100
• 4.4.1 ESO+TD法93-95
• 4.4.2 线性高阶ESO95-99
• 4.4.3 讨论99-100
• 4.5 应用于锚泊辅助动力定位抗扰控制的仿真研究100-104
• 4.5.1 仅用锚泊设备定位情况100-101
• 4.5.2 锚泊辅助动力定位自抗扰控制101-103
• 4.5.3 鲁棒性测试103-104
• 4.6 本章小结104-105
• 第5章 系统含有时滞的动力定位抗扰控制105-124
• 5.1 引言105-106
• 5.2 问题描述106-108
• 5.3 一种基于预估器的自抗扰控制器108-115
• 5.4 仿真研究115-123
• 5.4.1 不考虑与其它回路耦合的影响115-121
• 5.4.2 考虑与其它回路耦合的影响121-123
• 5.5 本章小结123-124
• 结论与展望124-126
• 参考文献126-138
• 攻读学位期间公开发表论文138-139
• 致谢139-140
• 作者简介140

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 冯亮;马晓军;李华;;基于扩张状态观测器滤波的坦克炮控系统模型参考自适应控制[J];兵工学报;2009年10期

2 王丽君;苍黄林;李擎;童朝南;尹怡欣;董洁;;基于数据的二阶线性扩张状态观测滤波器[J];北京理工大学学报;2012年05期

3 孙俊;石岩峰;郑晶晶;;2000t海缆作业船动力定位系统控制器的仿真设计及优化[J];船舶工程;2011年03期

4 沈定安,马向能,毛海斌;大型船舶侧推器操纵效能计算[J];船舶力学;2004年02期

5 王宇航;姚郁;马克茂;;Fal函数滤波器的分析及应用[J];电机与控制学报;2010年11期

6 洪碧光;王逢辰;胡玉琦;蒋维清;;风流作用下锚泊船低频振荡分析及走锚预报[J];大连海运学院学报;1989年02期

7 侯建军,东f ,石爱国,尹建川;锚泊状态下锚链作用力的计算方法[J];大连海事大学学报;2005年04期

8 杨盐生,于晓利;低速域船体流体动力的实用估算法[J];大连海事大学学报;1998年02期

9 吕永佳;张合新;吴玉彬;李正文;;基于fal函数滤波的改进自抗扰技术的实现[J];电子设计工程;2011年08期

10 于萍,刘胜;非线性自抗扰控制器在船舶减摇鳍系统中的应用[J];哈尔滨工程大学学报;2002年05期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 段慧达;一类不确定高阶非线性系统的级联自抗扰控制策略研究[D];吉林大学;2012年

2 李荣辉;欠驱动水面船舶航迹自抗扰控制研究[D];大连海事大学;2013年

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本文编号：746252