動力定位系統(tǒng)多PID切換控制研究.pdf

1、隨著人類對海洋資源探索開發(fā)的逐漸加深，對于遠洋和深海作業(yè)船舶的需求也在不斷增漲。由于深海海洋環(huán)境條件十分惡劣，傳統(tǒng)的錨泊系統(tǒng)在定位能力以及經濟性等方面已經無法滿足對深海船舶的定位要求。為了更好的應對復雜多變的深海環(huán)境，提高此類船舶抵抗外部環(huán)境的能力，以推進器相互配合完成控制動作的動力定位技術的研究日益受到重視。
　　 動力定位系統(tǒng)主要包括位置參考系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和推進系統(tǒng)三個部分，而控制系統(tǒng)作為動力定位系統(tǒng)的核心部分，標志著動力定

2、位技術的發(fā)展水平。隨著科學技術的發(fā)展，控制系統(tǒng)也變得日趨復雜。一般的動力定位系統(tǒng)只是依靠單一的控制器針對某一特定海況進行控制，卻很難完成在廣域范圍內對船舶的動力定位控制。對于復雜的海洋環(huán)境，風浪流等因素的干擾都是隨機變化的，僅憑單一控制器的無法滿足廣域環(huán)境下的控制要求。基于以上前提，為了提高系統(tǒng)控制的精確性和切換過程的平滑性，本文將非線性的控制對象模型拆解為四個連續(xù)的線性部分，并用離散的模糊切換規(guī)則將其融合為一個混雜系統(tǒng)，設計了針對多海

3、況條件下的動力定位多PID切換控制系統(tǒng)，并用計算機軟件對此控制系統(tǒng)進行仿真實驗。
　　 首先，通過分析建立了相關的數(shù)學模型，包括船舶的運動模型，推力分配模型以及基于風浪流作用的海洋環(huán)境模型。其中，風的作用力可視為高斯白噪聲，采用前饋控制來補償其作用力;波浪力是環(huán)境載荷的重要組成部分，主要由低頻和高頻波浪運動疊加而成。其次，根據(jù)平靜、高等、中等、極端四種典型海況的定義分別設計了對應的非線性無源觀測器集與控制器集。最后，通過模糊切換