耙吸挖泥船DP-DT控制算法研究.pdf

1、耙吸挖泥船海上作業(yè)要求保持在特定區(qū)域或者按照預(yù)定軌跡航行,這些工作需要有性能良好的動(dòng)力定位系統(tǒng)來保證。隨著耙吸挖泥船深海作業(yè)的不斷深入,對(duì)動(dòng)力定位技術(shù)的指標(biāo)要求也越來越嚴(yán)格。本課題是江蘇省科技廳重大成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目,文中以某大型耙吸挖泥船為研究背景,結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用針對(duì)耙吸挖泥船定點(diǎn)定位(DP)和動(dòng)態(tài)循跡(DT)兩種功能下控制器設(shè)計(jì)進(jìn)行探討和研究,論文主要包括以下幾個(gè)方面的工作:
　　針對(duì)耙吸挖泥船DP-艏噴工作模式在零航速下建立DP

2、低頻運(yùn)動(dòng)模型,模型建立過程中詳細(xì)闡述了艏噴作業(yè)產(chǎn)生的反推力的補(bǔ)償方法。針對(duì)DT-疏浚和DT-航行工作模式在一定航速下建立DT低頻運(yùn)動(dòng)模型,在循跡過程中分析船體阻力以及疏浚作業(yè)時(shí)耙臂產(chǎn)生的拖曳力,并建立其計(jì)算模型。同時(shí)為滿足控制器設(shè)計(jì)需要,建立了風(fēng)浪流等環(huán)境干擾力模型。
　　針對(duì)耙吸挖泥船DP控制器設(shè)計(jì),結(jié)合工程應(yīng)用,采用增量式數(shù)字PID控制算法。由于PID控制算法目前還廣泛應(yīng)用于船舶控制系統(tǒng)中,并且適合低頻運(yùn)動(dòng)控制,在零航速情況下

3、,各自由度方向可以解耦進(jìn)行分析。文中依據(jù)PID控制算法思想對(duì)耙吸挖泥船三個(gè)自由度設(shè)計(jì)獨(dú)立的控制器,并且編寫 MATLAB程序仿真平移作業(yè)時(shí)的定位效果。仿真效果表明:采用增量式數(shù)字PID控制算法具有良好的控制效果,可以很好的對(duì)耙吸挖泥船進(jìn)行定點(diǎn)定位控制,能夠滿足實(shí)際作業(yè)需要。
　　針對(duì)耙吸挖泥船 DT-疏浚模式,結(jié)合常規(guī)航跡控制策略和“視線”(LOS)控制策略,根據(jù)偏差大小范圍采用分區(qū)控制策略對(duì)航跡控制進(jìn)行分析。同時(shí)考慮到在疏浚過程

4、中變吃水情況,系統(tǒng)模型參數(shù)處于不斷變化狀態(tài),因此在 DT-控制器設(shè)計(jì)部分充分考慮模型的不確定性因素,運(yùn)用模糊PID控制算法作為實(shí)際工程應(yīng)用方法。在認(rèn)真總結(jié)和分析實(shí)船工作人員經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上,制定相應(yīng)模糊控制規(guī)則,結(jié)合分區(qū)控制思想設(shè)計(jì)DT控制器。此外,采用MATLAB中模糊工具箱和Simulink對(duì)DT疏浚工作模式在不同工況下對(duì)比分析實(shí)際控制效果。仿真結(jié)果顯示:在分區(qū)控制策略下結(jié)合模糊 PID控制算法,能夠獲得更好的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能,更重要的是