基于海浪譜估計的船舶動力定位切換控制研究.pdf

1、隨著陸地礦產(chǎn)資源的開發(fā)日益殆盡，人們把目光投向了占地球面積70％的廣闊海洋，因而，海洋資源的開發(fā)和利用成為當代世界各國熱衷的研究領域。由于海洋石油資源開采的深海式發(fā)展，但傳統(tǒng)錨泊定位方式不僅受作業(yè)深度和作業(yè)地點的限制，而且其費用也較為昂貴，從而促進了動力定位技術的產(chǎn)生和發(fā)展。動力定位通過控制器控制分配船舶自身的推進器的推力而使船舶達到位置或航向的自動保持目的，克服了傳統(tǒng)錨泊定位的缺點。且船舶在海上航行，受海浪、海風及海流等外界環(huán)境的影響

2、，其中海浪是最為主要的影響因素，因而獲取實時的海浪信息對于動力定位控制系統(tǒng)至關重要。又由于動力定位作業(yè)船舶需要全天候地適應連續(xù)變化的海洋環(huán)境，這就需要動力定位控制系統(tǒng)有較強的自適應能力，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)單控制器相比較切換控制系統(tǒng)的控制器是以控制器組形式存在，在海洋環(huán)境改變的情況下，根據(jù)由海況估計器提供的切換指令，通過切換控制器的種類來滿足控制需求，其適應能力更強。
　　本論文基于海浪運動與船舶運動響應的線性關系，根據(jù)船舶運動響應數(shù)據(jù)

3、對海浪方向譜進行反演推算，從而獲得實時海浪信息，并將反演得到的實時海浪信息作為估計器引入到動力定位切換控制系統(tǒng)當中。具體研究內容如下：
　　首先，建立了船舶運動六自由度數(shù)學模型，包括運動學數(shù)學模型和動力學數(shù)學模型。在MATAB仿真環(huán)境下對船舶運動數(shù)學模型進行了驗證，對某海況下船舶運動的軌跡進行了仿真。為驗證海浪模型的準確性，對某海況條件下海浪方向譜進行了三維仿真，并且與真實海浪譜進行了一維對比。與此同時，仿真了某型船運動的橫搖、縱

4、搖、升沉三自由度響應算子函數(shù)，并且對比了不同遭遇角的情況下，三自由度響應算子函數(shù)的關系。
　　其次，根據(jù)現(xiàn)代譜估計方法中多元自回歸模型方法對三自由度船舶響應運動數(shù)據(jù)進行交叉譜分析，得到橫搖、縱搖、升沉船舶三自由度運動的交叉譜。多元自回歸模型方法，與傳統(tǒng)譜估計法相比較其優(yōu)勢明顯：能夠克服傳統(tǒng)譜分析法的譜值缺失問題，即能夠在連續(xù)頻率上估計功率譜，而且其估計的功率譜誤差較小。
　　再次，基于已知的船舶運動響應算子函數(shù)與計算得到的交

5、叉譜，根據(jù)船舶運動響應與海浪的線性關系，在考慮三值函數(shù)問題的同時，將Bayesian理論引入到海浪方向譜估計當中。首先介紹了貝葉斯理論的相關統(tǒng)計學知識，然后基于逆理論建立了海浪方向譜估計的Bayesian模型。在所建立的模型基礎上，分別引入三種數(shù)據(jù)分布：(1)數(shù)據(jù)分布：交叉譜數(shù)據(jù)的分布。(2)先驗分布：因海浪方向譜函數(shù)應是一個平滑連續(xù)的函數(shù)，引入第一個先驗分布；為避免在頻率邊緣處出現(xiàn)過估計問題，引入第二個先驗分布。根據(jù)AKaike Ba