自抗扰控制算法船舶动力定位仿真分析

在远洋和深海海域,船舶如果采用传统的锚泊方式定位一方面存在灵活性差的问题,另一方面锚链长度造成的角度偏移会导致船体的定位精度差。因此,船舶的动力定位系统成为一项船舶重要的功能系统。在船舶的动力定位过程中,风浪等扰动作用会干扰动力定位的精度。针对这一问题,本文提出一种自抗扰控制算法。该算法利用跟踪微分器、状态观测器、误差反馈模块等关键环节,实现船舶动力定位推进器的精确控制,提高船舶动力定位的精度。此外,结合Simulink仿真平台,进行动力定位系统自抗扰控制技术的仿真分析。     

自抗扰控制方法在水面船舶动力定位控制中的应用

随着航海技术的发展,动力定位系统已经被广泛地应用于海洋的勘探平台和海洋舰船上。但是由于舰船规模以及工作复杂度的发展,传统动力定位系统使用的方法已经不能满足当前的要求,因为舰船本身的外形模型以及受到的外界力的模型都是非线性的。因此需要寻找可以更有效抵抗外界干扰的定位控制方法。本文根据建立的舰船和风浪流模型,提出了可以实现稳定负反馈的自抗扰方法,并根据该方法实现了舰船在海洋表面的动力定位控制。     

船舶航行自抗扰控制器的仿真研究

文章选取带有非线性舵机特性的Nomoto模型作为仿真研究对象。采用经自适应差分算法离线优化过的自抗扰控制器作为船舶航行控制器。仿真结果表明,船舶航行自抗扰控制器在大负载变化和风、浪、流等外界强干扰情况下,具有良好的性能鲁棒性和动态调节能力。     

船舶动力定位系统控制器设计研究

船舶在航行过程中,由于受风、海流和波浪等环境因素所产生的力和力矩的影响,致使船舶或平台产生平移和舷向的改变。船舶动力定位系统能够消除环境扰动力对船舶定位精度的影响,本文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,建立动力定位系统控制器数学模型。系统通过采用自抗扰控制器,实时观测船舶运动状况及动力系统的总扰动,并根据系统扰动采用非线性反馈进行补偿。最后通过Matlab仿真验证了控制器具有很强的抗干扰能力。     

非线性船舶航向自抗扰控制器的仿真研究

良好的航向操控对于应对船舶航行环境和突发情况具有现实意义。本文首先分析非线性船舶航向控制模型,在此基础上设计自抗扰控制器,并对其参数进行调整。最后与传统的PID控制器进行仿真对比,实验结果表明二阶自抗扰控制器能准确跟踪船舶,并且航向保持控制精度高。     

基于自抗扰控制器的船舶电动舵机控制系统设计

针对经典PID控制无法满足船舶电动舵机系统指标要求的问题,设计一种基于自抗扰控制器的控制算法。分析了船舶电动舵机的数学模型。针对舵机控制对象设计二阶自抗扰控制器,建立基于自抗扰控制器的舵机控制系统。利用Matlab对舵机带负载工作进行仿真,对文中所提出自抗扰舵机控制器与经典PID舵机控制器进行对比分析。结果表明,文中所提出的自抗扰船舶电动舵机控制器能够满足舵机在负载大范围变化以及存在外界干扰时所需的响应速度,并有效改善动静态特性,抗干扰能力强,鲁棒性好,控制效果优于经典PID舵机控制器。     

基于自抗扰控制器的声纳基阵姿态控制器设计与仿真

针对声纳基阵对高精度姿态稳定的需求,设计了一种基于自抗扰控制器的声纳基阵姿态控制器,建立了数学模型,并进行了计算机仿真.仿真结果表明,该控制器具有良好的控制性能和系统响应的实时性.     

半潜式海洋平台动力定位的动态面自抗扰控制

通过引入动态面控制思想对扩张状态观测器及非线性状态误差反馈控制律进行改造,设计一种动态面自抗扰控制器,并将其用于海洋平台动力定位系统的控制问题上.动态面扩张状态观测器的设计是为了提高系统的扰动估计能力,动态面非线性状态误差反馈控制律的设计是为了提高系统的稳定性与控制效率.仿真实验表明,改进后的动态面自抗扰动力定位控制系统对扰动的估计能力明显提升,系统的抗扰能力与鲁棒性得到增强,同时其具有较好的控制品质和响应特性,进而提高了海洋平台的定位精度.     

半潜式海洋平台动力定位的动态面自抗扰控制

通过引入动态面控制思想对扩张状态观测器及非线性状态误差反馈控制律进行改造,设计一种动态面自抗扰控制器,并将其用于海洋平台动力定位系统的控制问题上。动态面扩张状态观测器的设计是为了提高系统的扰动估计能力,动态面非线性状态误差反馈控制律的设计是为了提高系统的稳定性与控制效率。仿真实验表明,改进后的动态面自抗扰动力定位控制系统对扰动的估计能力明显提升,系统的抗扰能力与鲁棒性得到增强,同时其具有较好的控制品质和响应特性,进而提高了海洋平台的定位精度。     

基于人工蜂群算法的船舶航速优化

航速优化是船舶智能能效管理的主要组成部分,对降低船舶营运成本、减少温室气体排放具有重要意义。为减少船舶航行时的主机燃油消耗,根据实船数据首先构建了主机油耗模型,模型的平均误差仅为0.813%,然后对整个航程进行分段,基于人工蜂群算法对整个航程的航速进行优化。经过验证可得结论：优化后的航速对应的整个航程航行时间减少了14.44%,油耗量降低了3.012%。研究结果表明,使用人工蜂群算法对航速进行优化,能够对航速提出建议,达到提高船舶能效水平,提高经济性、环保性的目标。     

2000t海缆作业船动力定位系统控制器的仿真设计及优化

运用模糊控制理论设计了2000t海缆作业船动力定位系统的控制器,为弥补模糊控制器在平衡点附近出现的盲区缺陷,引入PID控制环节,与模糊控制器联合构成F-PID复合控制器,仿真结果对比表明,F-PID复合控制器比单个的模糊控制器具有更高的稳态精度.     

船舶动力定位系统最优控制器的仿真设计

根据动力定位船舶运动模型进行仿真建模,给出一种基于Kalman滤波的LQG控制器的仿真设计,并进行系统仿真实验。结果表明滤波器和控制器性能良好,仿真设计切实可行。     

基于ADRC的船舶主机控制器设计与仿真研究

船舶主机速度控制系统由于具有典型的非线性和不确定性特性,并受到调速器执行能力的约束以及风、浪、流等的干扰,使得主机速度控制器的设计非常困难。该文给出了带有船舶主机速度控制非线性数学模型以及海浪扰动数学模型,对自抗扰控制(ADRC)原理进行了简要介绍;设计了船舶主机ADRC控制器。仿真结果表明:该控制器对于船舶主机的非线性、参数不确定性、环境不确定性以及控制对象的模型变化均有较强的鲁棒性;速度切换控制过程快速、平滑,油门调整小,可以实现高精度的速度控制。     

基于LS-SVM的船舶动力定位有限时间控制器设计

为解决船舶模型存在的具有任意不确定性特征的船舶动力定位控制问题,基于有限时间Lyapunov理论提出一种非奇异快速终端滑模控制策略(NFTSMC),提高系统的收敛速度和抗干扰能力。针对模型不确定性问题,利用最小二乘支持向量机(LS-SVM)的非线性函数逼近技术进行补偿控制,引入最小参数技术,将在线学习参数减少到1个,解决维数灾难问题。仿真对比结果表明,提出的控制策略具有较高的优越性。     

导弹发射装置随动系统自抗扰控制器设计

针对某导弹发射装置随动系统控制过程中面临的非线性、变参数和不确定性问题,分别进行了调速环节的工程设计法PID控制器和自抗扰控制器设计。通过M atlab进行仿真,显示出自抗扰控制器在随动系统中相对传统PID控制器的优越性。仿真结果表明自抗扰控制器具有良好的动静态特性和较好的鲁棒性。     

基于扰动观测器的船舶动力定位反步控制

针对船舶动力定位系统模型受到风浪流等环境未知有界扰动的问题,提出一种基于干扰估计补偿的反步控制算法。首先基于滑模面有限时间收敛特点设计干扰观测器,在有限时间内实现对未知有界干扰的估计,并采用一阶低通滤波器连续化干扰观测器估计值,减少抖振;然后基于干扰观测器设计船舶动力定位反步控制器,并应用Lyapunov函数证明了所设计的控制器使船舶的位置和航向收敛于期望值。最后通过铺缆船仿真结果表明所设计控制器具有较好的控制性能,对系统的有界干扰具有良好的鲁棒性。     

工程船动力定位系统滤波器设计与研究

为了解决卡尔曼滤波器在给定艏向线性化和过程噪声矩阵难以精确计算的问题,在建立船舶动力定位系统数学模型的基础上,设计了基于Sage-Husa自适应滤波算法的动力定位系统滤波器,并针对具体船型进行了滤波器设计,通过实船试验表明此方法能够很好的滤除高频运动信息的干扰,准确地估计出船舶低频运动信息,在工程上是可行的。     

基于自抗扰的反步非奇异终端滑模船舶航向控制器设计

针对船舶受到不确定干扰的情况下不能准确、快速地跟踪期望航向的问题,设计一种基于自抗扰技术的反步非奇异终端滑模航向控制器,该控制器通过跟踪微分器对期望航向及其微分进行精确提取,通过线性扩张状态观测器实时估计并补偿系统内部和外部的总扰动,引入一阶低通滤波器,有效避免传统反步法中出现的"微分膨胀"问题,利用反步非奇异终端滑模控制技术设计控制律,提高系统的响应速度、抗干扰性和控制精度,通过构造Lyapunov函数证明了系统的稳定性。Simulink仿真试验证明,控制器在不同外界条件下均可对期望航向进行准确、快速地跟踪,具有较强的鲁棒性。     

基于力与力矩补偿的挖泥船动力定位反步法控制研究

针对挖泥船工作过程中受强干扰的特点,提出了基于力、力矩前馈补偿与非线性反步法控制结合的挖泥船动力定位控制.力和力矩传感器前馈补偿挖泥船工作过程的反作用力,反步法闭环控制保证在补偿误差及其它干扰作用下使系统的全局渐近稳定,输出渐近跟踪设定位置.仿真结果表明,设计的挖泥船动力定位控制器具有良好的跟踪性能,并对挖泥强干扰有较好的鲁棒性.     

动力定位风电安装船冷却水系统设计

动力定位等级分别为DP-1和DP-2的风电安装船。其冷却水系统设计有较大差别。文章介绍1200t自升自航式风电安装船的冷却水系统用户,分析不同工况下各冷却水系统用户的运行情况;为满足各工况下各用户对冷却水的需求,对该船型动力定位等级为DP-1和DP-2时的冷却水系统分别进行设计计算。