船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的在線船舶模型辨識(shí)研究.pdf

1、動(dòng)力定位系統(tǒng)是一種高新控制技術(shù),廣泛地應(yīng)用于船舶及海上浮式作業(yè)平臺(tái)。它是一種閉環(huán)的控制系統(tǒng),在不借助錨泊系統(tǒng)的情況下,不斷檢測出船舶的實(shí)際位置與目標(biāo)位置的偏差,再根據(jù)外界風(fēng)、浪、流等外界擾動(dòng)力的影響計(jì)算出使船舶恢復(fù)到目標(biāo)位置所需推力的大小,并對船舶上各推力器進(jìn)行推力分配,使各推力器產(chǎn)生相應(yīng)的推力,從而使船盡可能地保持在海平面上要求的位置上。
　　 其中一階波浪力引起的運(yùn)動(dòng)約為0.3～1.6rad/s之間,稱為高頻運(yùn)動(dòng)。而風(fēng)、流、

2、二階波浪以及推進(jìn)器引起的力為低頻力。一階波浪力非常大,比推進(jìn)器推力大一個(gè)數(shù)量級(jí)以上,而且是周期運(yùn)動(dòng)。因此用推力去抵抗一階波浪力是無效的,也是沒有必要的。船舶模型參數(shù)包括了船舶質(zhì)量、船舶轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、船舶附加質(zhì)量和水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)。
　　 由于船舶模型的高度非線性以及外界干擾力、推進(jìn)器推力的無法測量性,導(dǎo)致它們的在線辨識(shí)和估計(jì)顯得十分困難。因此本研究就是針對如何進(jìn)行在線船舶模型辨識(shí)、如何根據(jù)辨識(shí)模型進(jìn)行控制和動(dòng)力分配進(jìn)行了深入研究。

3、　　 首先,提出一種以動(dòng)力學(xué)效應(yīng)為基礎(chǔ),應(yīng)用無味卡爾曼濾波器(Unscented KalmanFilters,UKF)進(jìn)行動(dòng)力定位船舶動(dòng)力學(xué)模型、外界載荷以及推進(jìn)器推力在線辨識(shí)的算法。此算法能夠在動(dòng)力定位過程中不斷求解船舶模型和其受到的載荷力,使得擁有這些參數(shù)的船舶模型和載荷所反映出的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)不斷逼近傳感器檢測到的運(yùn)動(dòng)反饋?；诖嗽?用這些參數(shù)作為名義上的船舶模型、外界力、推進(jìn)器推力就能夠完成高效、自適應(yīng)的定位控制。通過控制仿真,

4、證明了此算法的有效性和正確性。
　　 而后,應(yīng)用最優(yōu)控制算法對上述辨識(shí)得到的船舶模型進(jìn)行線性化處理,用最優(yōu)二次調(diào)節(jié)器計(jì)算指令推力,并結(jié)合風(fēng)、浪和流的前饋計(jì)算得到發(fā)送給推進(jìn)器的指令推力,這里的指令推力是指沿船舶附體坐標(biāo)系的正交分解力。
　　 為了將正交分解力轉(zhuǎn)換為各個(gè)推進(jìn)器的推力和轉(zhuǎn)速,則需要根據(jù)辨識(shí)得到的船舶模型進(jìn)行動(dòng)力分配,從而計(jì)算每個(gè)推進(jìn)器應(yīng)該產(chǎn)生的推力,進(jìn)而計(jì)算此推力下的螺旋槳轉(zhuǎn)速。
　　 最后根據(jù)上述算法