带有推进器故障的船舶动力定位系统的鲁棒滑模容错控制

由于海洋工作环境具有复杂性和不可预测性,船舶动力定位系统的可靠性一直备受关注.针对带有推进器故障的船舶动力定位系统的鲁棒容错控制问题展开研究.首先,建立更一般且统一的推进器故障模型,该模型能全面描述推进器失效、卡死、中断3种故障情形;然后,设计一种不依赖故障检测模块(FDI)和故障信息上下界的自适应滑模控制器, 其中自适应机制用于在线估计故障信息和未知外部扰动的上界,基于李雅普诺夫稳定性理论和滑模控制理论,所设计的自适应滑模控制器能保证船舶动力定位系统在有推进器故障发生和海洋环境外部有界扰动存在情况下的所有信号一致有界;最后,在一艘过驱动船舶模型上进行仿真,其结果验证了所设计方法的有效性.     

船舶动力定位海洋环境的建模与仿真

在船舶动力定位系统设计中,必须考虑船舶所受到的外界环境于扰的影响。为了有效地量化海洋环境对动力定位船舶的作用,该文提出了海洋环境负载（包括风、海浪和海流）的建模方法,并运用MATLAB的M文件和SIMULINK分别编制了风干扰力和力矩计算和随机海浪的仿真程序,在三级海况下,实现了对海洋环境的仿真,得到了合理的仿真结果。此外,通过改变仿真参数,也可以对其它任何海况进行仿真,使仿真程序具有较好的通用性和灵活性。该海洋环境的建模和仿真方法。对动力定位系统控制策略的选取和软硬件配置的调试有着重要意义,为船舶动力定他的实时模拟奠定了基础。     

紧凑型船舶动力定位控制半物理仿真系统研究

根据紧凑型船舶动力定位控制研究及设计的需求,设计了对应的半物理仿真系统。该系统建立船舶运动及海洋环境计算机模型模拟器、全尺寸控制器和全尺寸操作终端,并通过基于DirectX的三维动画模拟器进行船舶三维运动效果展示。全尺寸控制器与船舶上实际使用的控制器在网络接口、信号输入/输出接口上完全一致,以便提前进行船舶动力定位控制系统半物理仿真及验证,降低了调试成本和风险,提高在水池及海洋进行实物调试的效率。该仿真验证平台考虑了船舶动力定位控制系统实际运行环境,引入了外载荷模型,提高了仿真验证的可信度。文中给出了仿真实例,验证了系统的有效性。     

动力定位船舶纵向运动的反步法控制器设计

本文研究了动力定位系统的控制策略,针对船舶动力定位系统模型的非线性特性,考虑到风浪流等外部环境扰动对船舶引起的恒值干扰及其不确定性,基于带有未知定常扰动的三自由度非线性船舶水面运动数学模型,应用自适应反步法设计船舶动力定位控制律,将Lyapunov函数选取和控制器设计相结合的回归设计方法,并在MATLAB软件环境下通过仿真研究验证模型和控制策略的有效性。在计算机仿真研究中,以26:1比例建造的2800mm×762mm×498mm船模为设计实例。     

船舶运动状态下风速风向测量补偿与数字仿真

为了研究船舶运动状态下的风速风向精确测量,设计了一种船舶风速风向动态测量及误差补偿的数字仿真系统。通过对船舶航行状态下的风速风向测量原理进行分析,建立了船舶平面运动的相对风速风向和真风风速风向的解算模型,并根据船舶空间运动的风速风向测量及其误差补偿算法,对船舶横摇、纵摇状态下的风速风向的动态测量和误差补偿进行了数字仿真。数字仿真结果表明,该方法能够消除船舶航行时的运动姿态对风速风向测量带来的影响,为船舶的操纵控制和航行安全提供了精确和可靠的风速风向数据信息。     

基于BP网络的船舶动力定位控制技术仿真研究

在船舶动力定位控制优化问题的研究中,为了解决第一代动力定位系统中PID控制器参数整定困难的缺点,提高动力定位的实时性、稳定性和可靠性,提出了将BP网络与PID控制器相结合的控制策略,使系统具有PID控制器简单可靠等优点及BP网络的自学习和自适应能力等特性.采用三层BP网络,根据梯度最速下降法,不断修正各层神经元之间的连接权值,在线调整PID控制器参数,得到满足定位要求的最佳参数组合,提高系统的快速性和定位精度.最后以某动力定位船为研究对象,在MATLAB平台上对控制器进行定位功能的仿真验证,仿真结果表明所设计的控制器具有较好的控制性能.     

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。     

动力定位的分数阶双环自适应终端滑模控制

为了解决具有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统的控制问题,本文提出了一种基于分数阶双环自适应快速终端滑模控制算法,证明了闭环系统的稳定性,设计了自适应控制律,计算了滑模的收敛时间。控制系统由外环位置姿态环和内环速度环构成,外环滑模控制实现自动定位于期望位置和姿态,内环滑模控制实现对速度和角速度的定位。通过切换函数的设计,对不确定性和外加干扰具有较强的鲁棒性,避免系统出现抖振现象。对双环滑模控制器进行仿真,计算出动力定位外界环境扰动的变速运动情况下的前进位置、横荡位置、艏向角度、前进速度、横荡速度、艏向角速度、前进控制力、横荡控制力和艏向控制力矩等。对外环控制率增益λ2等参数对控制性能的影响进行了比较分析。结果表明,分数阶双环自适应终端滑模控制动态响应要稍快于传统双环控制,且超调量小,调整时间更短,所设计的控制器对有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统都具有较强的鲁棒性。本算法为不确定性系统的变结构控制提供了新的解决方案,扩展了滑模控制算法的应用领域。     

基于FAL函数滤波的动力定位自抗扰控制器设计

针对动力定位系统数学模型不够精确,而且具有很强的非线性特性问题,采用自抗扰控制算法设计其控制器.该控制算法无需精确的数学模型,主要利用扩张状态观测器估计船舶运动位置、速度和总扰动,最后通过反馈控制对其进行补偿,从而实现船舶动力定位的精确控制.但实际工程中,船舶的测量系统的测量噪声是难以避免的,为了避免测量噪声的影响,针对所设计的扩张状态观测器采用FA L函数滤波器,在测量信号进入扩张状态观测器之前进行滤波,以减小测量噪声的影响.从而使得其反馈控制更加精确.最后以一艘供给船为例进行仿真分析,验证了所设计非线性控制器的有效性和鲁棒性.     

基于ADRC的水面船舶动力定位控制技术及仿真研究

针对受扰环境下水面船舶的动力定位问题,提出了基于自抗扰控制方法的水面船舶动力定位控制方法;针对水面船舶存在的不确定性和扰动复杂等情况,建立了强风、浪等扰动条件下,实现船舶动力定位的自抗扰控制算法;同时针对船舶的艏向角进行了仿真、比较与分析。仿真结果表明,这种方法对对船舶的动力定位实施的可行性及有效性。