鋪管船動(dòng)力定位系統(tǒng)控制算法研究.pdf

1、鋪管船鋪管作業(yè)時(shí)要求低速航行,必須保持船舶前進(jìn)過程中艏向與預(yù)定軌跡的航跡向一致,需要性能良好的動(dòng)力定位系統(tǒng)來保證控制效果。船舶動(dòng)力定位技術(shù)是指在不借助錨泊系統(tǒng)的情況下,使船舶利用自身的推進(jìn)裝置抵御風(fēng)、浪、流等外界擾動(dòng)的影響,以一定的姿態(tài)保持在海面某目標(biāo)位置,或精確地跟蹤某一設(shè)定軌跡,用于完成各種復(fù)雜的海上作業(yè)。
　　本課題來源于江蘇省科技廳重大成果轉(zhuǎn)換項(xiàng)目,以某S型起重鋪管船為研究對(duì)象,針對(duì)定點(diǎn)定位(DP)和動(dòng)態(tài)循跡(DT)兩種工

2、作模式下的控制策略進(jìn)行系統(tǒng)的探討和研究。針對(duì)DP-自動(dòng)模式在零速下建立DP低頻運(yùn)動(dòng)模型,定位過程中考慮到管道對(duì)鋪管船的作用力問題,分析并建立作用力模型,采用奇異攝動(dòng)法中的合成漸近展開法求解控制方程。針對(duì)DT-航行模式在低速下建立DT低頻運(yùn)動(dòng)模型,詳細(xì)討論了航行過程中產(chǎn)生的管道拖曳力、船體阻力,并建立了模型。同時(shí),針對(duì)工程應(yīng)用,建立風(fēng)浪流等干擾力模型。
　　針對(duì)鋪管船DT部分,其控制過程是一個(gè)典型的循線控制,航行時(shí),考慮到航跡差較小

3、,采用常規(guī)航跡控制策略;由于PID控制算法目前還廣泛應(yīng)用于船舶控制系統(tǒng),并適合低頻運(yùn)動(dòng)控制,航行時(shí)主要控制艏向,采用增量式PID及改進(jìn)的數(shù)字PID結(jié)合的控制思想設(shè)計(jì)艏向控制器。基于MATLAB軟件平臺(tái)編程,無風(fēng)靜水情況下仿真。仿真結(jié)果表明:常規(guī)航跡策略下結(jié)合PID控制算法,能夠獲得良好的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能,更重要的是能夠提高作業(yè)精度,具有實(shí)際工程價(jià)值。
　　針對(duì)鋪管船DP部分,結(jié)合實(shí)際應(yīng)用,依據(jù)鋪管船難以建立精確數(shù)學(xué)模型、非線性、大滯后

4、等特點(diǎn),采用模糊PID控制算法,通過歸納總結(jié)出的控制規(guī)則,Fuzzy在線自校正PID參數(shù);依據(jù)船舶模型失配特點(diǎn),采用PID-DMC控制算法,通過在常規(guī)DMC算法中引入PID校正環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的有效控制。根據(jù)控制算法思想對(duì)縱蕩、橫蕩、艏向進(jìn)行解耦分析,結(jié)合鋪管船動(dòng)力定位約束條件,設(shè)計(jì)獨(dú)立控制器,無風(fēng)靜水情況下進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明:Fuzzy在線自校正PID參數(shù)控制器與帶PID校正環(huán)節(jié)的DMC控制器設(shè)計(jì)方案是可行的,都能夠達(dá)到有效的定位效