基于自抗擾船舶動力定位控制方法的研究

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1、哈爾濱工程大學碩士學位論文基于自抗擾的船舶動力定位控制方法研究姓名：岳華申請學位級別：碩士專業(yè)：控制理論與控制工程指導教師：丁福光2012-03基于白抗擾的船舶動力定位控制方法研究摘要隨著海洋工程的發(fā)展，動力定位系統(tǒng)已廣泛應用于海洋平臺和船舶上，由于船舶作業(yè)的復雜程度日益增加，對定位的要求也越來越高，船舶的定位能力很大程度上取決于動力定位系統(tǒng)所采用的控制方法。由于水面船舶所受的干擾較強以及船舶模型的非線性和不確定性，傳統(tǒng)的動力定位控制方法已不能滿足要求。需要尋找一種能夠抵抗干擾，并且控制器的設計不依

2、賴于船舶精確模型的控制方法，通過研究發(fā)現(xiàn)自抗擾控制具有上述特點，因此，本文研究基于自抗擾的船舶動力定位系統(tǒng)控制問題。首先，建立了船舶和風、浪、流的數(shù)學模型?；贛MG建模機理建立了適合于動力定位系統(tǒng)的水而船舶三自由度數(shù)學模型，并且對海洋環(huán)境中的風、浪、流進行了數(shù)學建模，通過仿真試驗驗證了所建立船舶數(shù)學模型的有效性。建立的船舶模型和風、浪、流模型為后續(xù)驗證控制器的有效性奠定了基礎。其次，深入研究了白抗擾控制方法。首先分析了自抗擾控制器的結(jié)構(gòu)，并且對它的各個組成部分——跟蹤微分器、擴張狀態(tài)觀測器和非線性

3、狀態(tài)反饋控制律進行了詳細闡述。然后討論了輸出信號中所帶噪聲對擴張狀態(tài)觀測器的影響，設計了帶有濾波功能的擴張狀態(tài)觀測器。改進后的觀測器在很大程度上減弱了噪聲對擴張狀態(tài)觀測器估計效果的影響。最后，研究了基于白抗擾的船舶動力定位控制方法。在動力定位的背景下，根據(jù)船舶模型的階數(shù)和對自抗擾控制方法的研究，設計了船舶動力定位白抗擾控制器，在自抗擾控制器中采用帶有濾波功能的擴張狀態(tài)觀測器。同時，針對自抗擾控制器中非線性反饋控制律參數(shù)較難整定問題，采用模糊控制器對其參數(shù)進行整定。通過仿真試驗驗證了模糊自抗擾控制器的

4、有效性。本文的主要工作是研究動力定位系統(tǒng)的控制算法，重點探討了白抗擾控制算法在動力定位控制系統(tǒng)中的應用，并且對本文所設計的控制器做了仿真試驗，仿真結(jié)果驗證了所提出算法的有效性。關(guān)鍵詞：動力定位；自抗擾控制；濾波特性；模糊控制基于白抗擾的船舶動力定位控制方法研究ABSTRACTWiththedeVelopmentofmarineengineering，dynamicpositioningsystemhasbeenwidelyusedonoffjhoreplatf．onn．Duetotheincreas

5、ingcomplexityofshipoperations，therequirementondynamicpositioninghasalsobeenincreased．Theabilityofdynamicpositioningdependslargelyonthecontrolmethods．Thus，itisnecessarytofindacontrolmethodwhichcanresistinterf．erence，anddoesnotdependontheshipprecisemode．

6、Accordingtoresearch，actiVedisturbancerejectioncontrol(ADRC)．Thus，thispaperresearchesonthecontr01ofdynamicpositioningsystembasedonADRC．Firstly，themathematicalmodelsofship，wind，seawaveandseacurrentwerebuilt．Thethreedegreesoffreedommathematicalmodelofsurf

7、aceshipfordynamicpositioningsystemwasbuilt，andthenmathematicalmodelofwind，seawaveandseacurrentintheoceanenVironmentwerebu訂t，andtheef!f、ectiVenessofthemodelswereproved．Theestablishedmodelslaythefoundationforthecontinuingprovefortheef!【’ectivenessofcontr

8、oller．Secondly，thepaperreasearchesthecomrolmethodofARDCcontrolIer．Atnrst，thestmctureofADRCcontrollerisanalyzed，andtheconlponents—thetrackingdi虢rentiator，extendedsateobseⅣera11dnonlinearstatefeedbackcontr01law．oftheADRCcontrolleraredescr