船舶動力定位手柄操作模式控制器設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進步，人們對海洋的開發(fā)和研究也慢慢從沿岸、近海擴展到深海。傳統(tǒng)的錨泊定位已不再適用于深海作業(yè)，動力定位系統(tǒng)具有定位準(zhǔn)確快速，操作方便，定位成本不隨水深的增加而增加，越來越被廣泛地應(yīng)用于石油平臺和海上作業(yè)船，具有廣闊的市場和發(fā)展前景。船舶動力定位手柄操作模式是指通過一只手柄來操縱船舶，具有操縱靈活、簡單、反應(yīng)快等特點。本文主要研究船舶動力定位手柄操作模式控制器的設(shè)計與實現(xiàn)問題。
　　首先，介紹了動力定位系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建

2、立，從動力學(xué)的角度分析船舶的運動特性，推導(dǎo)出船舶的運動模型。由于船舶在大海中受到風(fēng)、浪、流等外界環(huán)境干擾力的作用，分別建立了風(fēng)、浪、流的數(shù)學(xué)模型和推進器模型。通過分析動力定位系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，為動力定位控制器的設(shè)計和研究奠定基礎(chǔ)。
　　然后，根據(jù)手柄操作模式的工作原理和船舶的低頻運動模型，設(shè)計了一個解耦PID控制器。針對橫蕩速度和艏搖角速度之間的耦合問題，采用前饋補償解耦法對船舶的低頻運動模型進行解耦。根據(jù)解耦后的船舶運動模型，采用

3、增量式PID控制算法分別對縱蕩速度、橫蕩速度和艏搖角三個自由度的運動進行控制。仿真結(jié)果驗證了控制器的有效性，超調(diào)量小，反應(yīng)迅速，在改變輸入及船舶參數(shù)時系統(tǒng)仍能滿足控制要求。
　　最后，介紹了實驗室船舶動力定位仿真平臺，詳細(xì)闡述了船舶控制系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、主操作臺和移動操作終端的硬件組成及其功能。利用Visual Studio編寫了手柄操作模式的控制程序，開發(fā)了基于WinCC的手柄操作模式操控界面，并在船舶動力定位仿真平臺上