動力定位船舶運動非線性觀測器研究.pdf

1、動力定位系統(tǒng)（Dynamic Positioning Systems，DP systems）是船舶進行海洋作業(yè)時所必需的支持系統(tǒng)，它使船舶可依靠自身所配備的推進器維持其所期望的位置或航向，或按照預先設定的軌跡航行。但動力定位系統(tǒng)的定位精度容易受到多種情況的影響，因此在設計動力定位控制系統(tǒng)時，需要利用觀測器將船舶運動分解為低頻以及高頻部分，在進入控制回路前濾除高頻，抵御外界干擾，實現(xiàn)對船舶低頻位置以及艏向值的估算。本文主要針對DP系統(tǒng)中含

2、有未知不確定項干擾的情況，引入滑?？刂?Sliding Mode Control，SMC)理論方法設計觀測器。
　　船舶動力定位系統(tǒng)的觀測器要濾除高頻，估計船舶的低頻運動狀態(tài)，因此本文首先建立了船舶的低頻、高頻運動模型以及動力定位系統(tǒng)測量模型。為更好地研究海洋環(huán)境對船舶的影響，同時建立了包括風、浪、流在內(nèi)的環(huán)境干擾力數(shù)學模型。值得注意的是，在建立船舶的低頻運動模型時，本文將非線性阻尼系數(shù)矩陣和科里奧利向心力矩陣視為不確定項考慮在內(nèi)

3、。
　　為抵御船舶動力定位系統(tǒng)中不確定項的干擾，本文將 SMC理論引入到觀測器的設計中。首先通過對動力定位系統(tǒng)的狀態(tài)空間形式分析得出，系統(tǒng)中的不確定項無法滿足傳統(tǒng)滑模觀測器設計所需的匹配條件。為使匹配條件得到滿足，本文提出采用構(gòu)造輔助輸出的方法對系統(tǒng)狀態(tài)進行重構(gòu)，設計高增益觀測器估計重構(gòu)后的未知輔助輸出，并以此為基礎設計線性滑模面以及滑模策略。同時，由Lyapunov穩(wěn)定性理論分析得知，誤差系統(tǒng)穩(wěn)定性與滑模增益值有關，滑模增益值應

4、不小于不確定項上界值。本文假設 DP系統(tǒng)中的不確項上界值為已知常數(shù)，并將該常數(shù)作為滑模增益進行仿真實驗，仿真效果良好。另外，選取了較大滑模增益值進行仿真實驗，指出雖為保證系統(tǒng)魯棒性，但增益值仍不能選取太大，否則將會引起觀測器估計狀態(tài)的嚴重抖振。
　　一般情況下，船舶系統(tǒng)中所含有的不確定項上界值是未知的。本文在保證系統(tǒng)魯棒性的同時，為避免增益選取太過保守而造成系統(tǒng)狀態(tài)的嚴重抖振問題，將RBF神經(jīng)網(wǎng)絡與Lyapunov穩(wěn)定性理論結(jié)合估