船舶动力定位系统的建模与控制策略研究

船舶动力系统主要由测量、控制、电力推进以及舵桨装置等部分组成,控制系统是动力定位系统中最为重要的环节,其对于船舶运行影响巨大,做好船舶动力定位系统的建模与控制策略研究分析,可以有效提升船舶运行的稳定性与可靠性,降低各类事故的发生频率,对于我国海上作业工作的实施有着较为积极的促进作用。本文,将针对船舶定位系统的建模与控制策略进行分析,探究如何有效优化船舶动力定位系统的建模与控制策略,助力相关行业朝着更加理想化的方向发展。

船舶动力定位系统的模糊滑膜控制

随着人类对海洋更深入的探索,船舶在复杂海况下保持在某一位置或者保持航迹的能力也随之提高,船舶动力定位系统的发展也因此变得越来越重要。本文的主要研究模糊滑模控制在船舶动力定位系统中的应用。通过对模糊滑模控制原理的设计出模糊滑模控制器并用于船舶动力定位系统的控制,并且与采用PID控制器的控制效果进行对比。

船舶动力定位系统操作的课程体系构建

分析中国船舶动力定位系统操作员(DPO)培训形势和航海教育现状,研究将船舶动力定位系统(DP)课程体系添加至本科航海教育中,提出船舶动力定位系统操作课程的内容框架、前期准备工作以及后续主要工作,以增加学生未来职业的选择性和适应性。

一种波浪中的船舶动力定位运动建模方法研究

船舶动力定位是在船舶低速条件下对航向和位置进行控制,控制效果受海浪干扰的影响较大。考虑具有修正PM波谱的长峰不规则浪,基于海浪幅值响应算子(RAO)研究了船舶在海浪中的六自由度运动预报模型。以船舶定点保持模式为例,采用船模实验数据,对海浪作用下的船舶纵荡、横荡和转艏运动进行了数值仿真,给出了运动RAO频率特性曲线和船舶运动时域响应曲线,验证了该方法的有效性。该方法用于船舶在波浪中的运动预报和动力定位系统设计,具有实用性和经济性。

基于模糊控制的船舶动力定位系统设计与仿真

就船舶动力定位中模糊控制的应用进行了研究 ,探讨了模糊控制中隶属函数和模糊规则的具体制定 ,为进一步的船舶动力定位打下基础。对船舶纵荡运动进行了控制与仿真 ,并对所设计的船舶动力定位系统的硬件及软件系统作了简要的介绍。仿真结果表明 ,所设计的模糊控制器能对船舶的动力定位实施有效的控制。船舶动力定位系统的试验正在进行中。

船舶动力定位非线性自适应反步控制器设计

针对扰动不确定非线性船舶动力定位问题,提出了一种带观测器的不确定扰动非线性船舶动力定位自适应输出反馈控制。设计了一个非线性观测器,从附有噪声的输出中估计出船舶位置以及运动速度。用滤波后的位置信号,针对扰动不确定非线性船舶设计带观测器的自适应反步控制器,该控制在Backstepping设计方法的基础上引入积分环节,对存在未知参数和动态不确定扰动的船舶能有效的改善系统性能。根据Lyapunov稳定性理论证明所设计的控制器是全局渐近稳定的,仿真结果验证了该方法的有效性。

应用自适应模糊控制实施船舶动力定位

在船舶动力定位中引入自适应模糊控制方法,即采用近似的线性模型通过Kalman滤波得到船舶低频运动的状态估计值,模糊化后作为模糊控制器的输入实现定位控制.模糊控制器的核心为自适应模糊逻辑系统,由于它具有任意的非线性映射能力,从而使控制器的参数能够在定位过程中不断调整,以适应外部环境变化.仿真结果表明。

现代船舶动力定位系统设计

围绕现代动力定位系统的设计问题,讨论系统的构建、数学建模、控制器设计和推力器的推力分配,重点给出了基于扩展Kalman滤波的动力定位LQG控制器设计算法。

非线性船舶动力定位系统反步控制器设计

针对船舶动力定位系统中数学模型具有耦合、非线性、不稳定等特点,设计了一种基于反步法的非线性输出反馈控制器。首先,采用反步法原理引进位置误差和速度误差并定义了两个子系统的虚拟控制状态向量,结合供给船舶模型建立的非线性数学模型,提出了船舶非线性动力定位系统的控制算法,设计了输出反馈控制器。然后,通过李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论验证了所设计的控制器具有全局渐近稳定性。最后,针对定位性能和轨迹跟踪性能做了仿真分析,验证了该控制方法的有效性。

船舶动力定位系统的应用与实践

船舶动力定位系统近年来在国外发展迅猛，军民用特种船舶上均获得了日益广泛的应用。在我国也引起了重视，国内第一艘自行设计设置动力定位系统的无限航区大型船舶是远洋科学考察船“大洋一号”。该船配备动力定位系统后，成为达到国际先进水平的现代化远洋科学考察船，也为我国船舶动力定位技术的实际应用与不断发展迈出了极为重要的一步。本文较系统地介绍了船舶动力定位系统的组成、功能、设计要求，并以“大洋一号”船为例，较详细地介绍了动力定位系统的论证、设计、主要设备选型、系统调试、以及试验试航的结果，对于国内船舶动力定位系统的应用与发展有一定借鉴意义。

基于模糊控制理论的船舶动力定位系统的研究

本文建立了船舶定位系统的数学模型,并设计了系统的模糊控制器。通过仿真得出如下结论:基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型设计动力定位船舶控制器响应时间,上升时间短,超调率低,具有一定的抗干扰能力,有较强的鲁棒性,具有良好的控制品质。

基于卡尔曼滤波器的船舶动力定位模型预测控制

针对船舶在海洋环境进行动力定位控制的非线性、不确定的特点，采用卡尔曼滤波器估计出干扰的大小及其对系统输出的影响，基于模型预测控制方法进行动力定位控制器设计。仿真验证了模型预测控制算法应用于船舶动力定位约束控制的有效性，结果表明，该控制方法在一定程度上改善了控制效果。

非线性船舶动力定位控制器设计

针对船舶在海上的定位和作业受到海洋环境的扰动力影响,其动力定位控制具有很强的非线性特性.本文基于自抗扰控制技术,设计了船舶动力定位控制器.该控制器通过非线性观测器估计出船舶运动速度和系统的总扰动,并采用非线性反馈进行补偿,实现对船舶的动力定位控制.通过仿真实验验证了控制器具有很强的抗干扰能力和鲁棒性.

新型线性自抗扰控制器在船舶动力定位控制系统中的应用

针对船舶在海上作业时动力定位控制系统需要精准定位的问题,提出基于改进跟踪微分器的自抗扰控制器,解决线性自抗扰控制器由于省略跟踪微分器而降低系统动态性能的问题。结合线性与非线性跟踪微分器的优点,设计能够较好跟踪微分信号,且能降低噪声对系统影响的改进跟踪微分器,从而构成新型线性自抗扰控制器。仿真实验结果表明,相比于传统的线性自抗扰控制器,基于改进跟踪微分器的LADRC有较强的鲁棒性和自适应性,且超调小、响应快、抗扰能力强。

两种船舶动力定位系统滤波方法的分析与比较(英文)

海洋平台和很多海上工作船舶都装备了动力定位系统。开展船舶动力定位系统及其控制效果的研究在海洋工程领域具有重要的意义。文章分别采用两种滤波和状态估计方法,即卡尔曼滤波器和非线性被动观测器,对一阶波浪力干扰的高频船舶运动测量信号进行滤波并得到低频船舶运动信号。这两种方法分别用于基于运动学和动力学理论建立的船舶运动线性模型和非线性模型;控制算法采用的是实际应用中简单有效的PID控制器。通过在一艘专门用于动态定位和航迹跟踪研究的补给船模型上进行计算机仿真和对结果进行比较分析, 验证了所设计的两套控制模型的控制效果并证实了基于非线性被动观测器的非线性模型优于基于卡尔曼滤波器的线性模型。

基于渐消记忆自适应滤波的船舶动力定位算法仿真（英文）

由于船舶在海上运动的复杂性和非线性,精确的船舶动力定位系统数学模型难以建立。为了实现有效的动力定位控制,需要应用一定的状态估计滤波算法得到所需的船舶运动低频信号。采用常规的Kalman滤波,状态变量的新测量值对预测值的修正作用下降,旧测量值的影响随着计算步数的累积而相对提高,这是引起滤波发散的主要原因之一。文章针对船舶动力定位系统中使用常规的Kalman滤波而存在的模型不精确、不能准确表达系统噪声和测量噪声等问题,采用渐消记忆自适应滤波估算低频运动信息,在状态估计算法中引入渐消记忆因子,减小旧测量值对状态估计值的影响权重,从而增大新测量值的作用;并根据滤波发散判断准则,选择适当的渐消记忆因子值来抑制滤波器的发散,使控制器输出较为平稳,从而降低推力系统不必要的能耗。仿真实验表明,所设计的自适应滤波器的收敛性、跟踪性优于常规的Kalman滤波,有效地提高了系统的定位精度和稳定性。

基于模型的船舶动力定位系统的研究

针对Fossen提出的船舶数学模型,设计出基于模型的船舶动力定位系统的控制。在纵荡方向采用单输入单输出内模控制算法,在横荡和艏摇方向采用双输入双输出的内模解耦控制算法。并结合MATLAB的仿真,实际的验证该种方法的可行性。

基于滑模控制算法的船舶动力定位系统控制仿真研究

针对船舶动力定位控制系统非线性的特点及控制过程难以优化,性能易随外界环境及负载变化而改变,本文提出了一种基于滑模控制算法的船舶动力定位系统控制方法。首先,探讨了动力定位系统数学模型的选取;然后介绍了滑模控制方法的原理及具体算法;最后通过Simulink对该算法进行了仿真验证,验证了滑模控制算法对船舶动力定位系统控制的有效性。

基于预测函数算法的船舶动力定位系统控制

在系统分析和研究船舶动力定位的基础上,提出了一种基于预测函数控制的船舶动力定位方法,设计了预测函数控制器。在船舶动力定位部分,介绍船舶动力定位系统数学模型的选取,在预测函数控制部分,具体的探讨了预测函数控制方法的原理以及具体的算法。最后采用工程数据,对该算法进行了仿真验证,结果表示,预测函数控制方法能对船舶进行有效的定位。