船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)非線性自適應(yīng)濾波器研究.pdf

1、船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)是指船舶不需要借助傳統(tǒng)的錨泊系統(tǒng),它能抵抗來(lái)自風(fēng)、浪、流的干擾,使船舶保持在定位點(diǎn)附近。對(duì)于許多工程船舶來(lái)說(shuō),動(dòng)力定位系統(tǒng)很好的解決了傳統(tǒng)深水難以定位問(wèn)題,為深水作業(yè)提供了保障。
　　船舶在海上的運(yùn)動(dòng)基本可以分為高頻運(yùn)動(dòng)與低頻運(yùn)動(dòng)的合力。其中高頻運(yùn)動(dòng)是由一階波浪力引起的船舶往復(fù)振蕩,這種運(yùn)動(dòng)對(duì)船舶主機(jī)的損傷很大,而對(duì)于船舶的運(yùn)動(dòng)影響較小,可以加以濾除。低頻運(yùn)動(dòng)是由二階波浪力產(chǎn)生,對(duì)船舶的運(yùn)動(dòng)影響較大,當(dāng)?shù)皖l運(yùn)動(dòng)對(duì)船

2、舶位移的影響超過(guò)設(shè)定的范疇時(shí),船舶主機(jī)將會(huì)啟動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)與二階波浪力反作用的力,使船舶回到設(shè)定的位置上來(lái)。因此,我們發(fā)現(xiàn),濾波在動(dòng)力定位系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用,其現(xiàn)實(shí)意義非常明顯。
　　本文以萬(wàn)噸級(jí)耙吸式挖泥船為研究對(duì)象,建立了挖泥船的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型,包括高頻運(yùn)動(dòng)模型,低頻運(yùn)動(dòng)模型,測(cè)量模型,環(huán)境擾動(dòng)力模型以及推進(jìn)器模型等,將其與船舶動(dòng)力定位模型相結(jié)合設(shè)計(jì)了一種非線性自適應(yīng)濾波器。目前用得最多的濾波器是Kalman濾波器,Kalma

3、n濾波器主要是解決線性濾波問(wèn)題,同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的精度要求較高。針對(duì)非線性濾波,應(yīng)用的較為普遍的是擴(kuò)展Kalman濾波器,但該濾波器的雅可比矩陣比較難以計(jì)算,對(duì)于大的系統(tǒng)不易于求解。本文所設(shè)計(jì)的中心微分Kalman濾波器是基于線性回歸變化的專(zhuān)題變換,與解決非線性濾波的擴(kuò)展Kalman相比,可以獲得較小的線性化誤差,同時(shí)避免了雅可比矩陣計(jì)算。通過(guò)驗(yàn)證,本文所設(shè)計(jì)的濾波器能夠從附有測(cè)量噪聲的輸出中得到船舶的低頻運(yùn)動(dòng)位置,給船舶運(yùn)動(dòng)的非線性濾波帶來(lái)

4、一定的借鑒,有助于進(jìn)一步學(xué)習(xí)非線性濾波問(wèn)題。
　　最后,本文進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),首先進(jìn)行的軌跡跟蹤仿真研究,通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明所設(shè)計(jì)的濾波器能夠從帶有風(fēng)、浪、流等噪聲干擾中準(zhǔn)確估計(jì)出船舶的位置。然后通過(guò)加入一個(gè)簡(jiǎn)單的控制器,進(jìn)行定點(diǎn)定位,通過(guò)設(shè)定一個(gè)初始值,驗(yàn)證目標(biāo)船舶是否能夠在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)指定位置,實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)定位。本文的主要工作集中在非線性自適應(yīng)濾波器的研究上,對(duì)非線性模型進(jìn)行了一些線性化處理,在此基礎(chǔ)上使用中心微分卡爾曼濾波算法,通過(guò)