动力定位船舶航迹控制研究及操控界面开发

摘要

随着人们对海洋的开发向深海进军，对船舶动力定位系统的需求越来越大，功能要求也越来越高，这就促使科技工作者进行新的技术研究和开发，以满足在民用领域和军事领域的需求。航迹保持作为动力定位的一个重要功能，对其提出的要求也越来越高。本课题的主要任务就是实现高速和低速两种不同方式下的航迹保持和基于Windows操作系统的动力定位操控界面开发。 低速航迹保持要求船舶在低速下沿给定航迹运动，使用常规的航迹保持方法很难保证控制效果。本文提出了一种把低速航迹保持转化为定位定向控制的方法，并给出了相应的算法。对于两条航迹之间的航迹切换，本文提出了两种低速航迹切换的策略。然后基于某动力定位船，设计了基于模糊自整定参数PID的纵、横向控制器和基于改进PID算法的艏向控制器，并在不同的情况下进行了仿真试验。试验结果表明本文提出的算法是可行的，能够满足低速航迹保持的要求，并且经过对比，选择出了合适的航迹切换策略。 高速航迹保持要求船舶以巡航速度沿着给定航迹运动，本文采用间接控制法，设计了基于模糊自整定参数PID的串级控制器，并且把速度引入控制器作为模糊决策的输入，然后提出了保证航迹切换平稳的控制策略，最后在不同情况下进行了仿真试验。试验结果表明，本文设计的高速航迹保持控制器能够满足高速航迹保持的要求，由于使用了模糊自整定参数PID方法，并且把速度作为了决策的一个条件，使控制器具有较强的鲁棒性和良好的稳定性。 国内在动力定位操控界面的开发一直停留在DOS系统下，本文使用Visual C++开发平台，基于面向对象编程的思想，开发了Windows平台下的动力定位操控界面，具有良好的可视性和灵活的扩展性。软件使用了内存画布、串口通讯等技术，有效的实现了动力定位操控功能和状态监视功能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪 论

1.1引言

1.2课题选题的背景和意义

1.3国内外发展现状

1.4本课题研究的主要内容

第2章 船舶运动模型的建立

2.1引言

2.2环境数学模型

2.2.1阵风的模拟

2.2.2波浪漂移力的模拟

2.2.3海流的模拟

2.3船舶的数学模型

2.3.1船舶运动方程

2.3.2低频运动模型

2.3.3高频运动模型

2.4推进器模型

2.5本章小结

第3章 动力定位船航迹保持策略研究

3.1引言

3.2低速航迹保持策略研究

3.2.1直线段控制策略研究

3.2.2转向航迹段控制策略研究

3.3高速航迹保持策略研究

3.3.1直线段控制策略研究

3.3.2转向航迹段控制策略研究

3.4本章小结

第4章 航迹控制算法研究及仿真

4.1引言

4.2数字PID控制算法

4.2.1 PID控制原理

4.2.2数字PID控制算法

4.2.3数字PID控制算法的改进

4.3模糊控制原理

4.3.1模糊逻辑控制概述

4.3.2模糊控制器设计

4.4模糊PID参数自整定控制器原理

4.5低速航迹保持的控制器设计

4.5.1基于模糊PID参数自整定的位置控制器设计

4.5.2基于改进PID算法的低速航迹保持艏向控制器设计

4.5.3低速航迹保持仿真结果研究

4.6高速航迹保持控制器设计

4.6.1基于模糊PID参数自整定控制的外环控制器设计

4.6.2基于改进PID算法的内环控制器设计

4.6.3高速航迹保持仿真结果研究

4.7本章小结

第5章 动力定位操控界面软件开发

5.1 C++与VC开发平台

5.1.1面向对象的编程思想

5.1.2 C++语言

5.1.3 Visual C++开发平台

5.2动力定位操控界面功能

5.2.1动力定位系统结构

5.2.2操控界面功能

5.3主程序框架

5.3.1程序框架

5.3.2消息机制

5.4利用MSCOMM串口控件实现面板通讯

5.4.1初始化并打开串口

5.4.2串口读写

5.4.3串口接收数据包处理

5.5利用GDI实现图形显示

5.5.1用GDI实现动画效果

5.5.2图形处理算法分析

5.5.3防止画面闪烁

5.6管理功能

5.6.1面板按键功能

5.6.2实时数据处理

5.6.3信息处理

5.7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢