基于混合控制算法的船舶动力定位系统控制器的设计研究

摘要

船舶动力定位系统表示动力定位船舶需要装备的全部设备，包括动力系统、控制系统、推进系统三个主要部分，其中，控制系统是整套动力定位系统的核心部分。本论文针对船舶动力定位系统的控制器展开了相关设计研究工作，结合船舶运动特点研究设计混合控制算法，包括经典PID、智能模糊控制、解耦控制算法。船舶检测的位置、艏向信息进行数据处理后与位置、艏向设定值相减得到各自的偏差和偏差变化率，将其作为输入量传递给定位系统的控制器，控制器经过混合控制算法的计算后给出船舶位置、艏向的推力信息，将推力信息传递给推进系统，因此实现船舶智能定点定位。
　　本论文研究了船舶的数学模型，包括其坐标系统、坐标系的转换，建立了固定坐标系下三个方向的低频运动模型，并指出其对应于船体坐标系下横荡、纵荡、艏摇三自由度的运动模型。
　　分析了控制器在动力定位系统中的功能和要求，针对船舶运动特性、经典PID算法与智能模糊控制算法的控制优势与应用特点，设计出适合本定位系统的混合控制算法（包含PID算法、智能模糊控制算法）并设计控制方案，同时，采用C语言编程实现控制器功能，详述软件实现的流程，对控制器进行仿真，分析控制器定位性能。
　　结合控制器定位效果，分析发现船舶的横荡和艏摇有耦合影响，设计两自由度的解耦算法并给出其具体实现方法，对控制器添加解耦算法前后进行仿真对比，分析添加解耦算法后控制器的性能提升。

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第1章绪论

1.1 选题的目的和意义

1.2 船舶动力定位系统国内外的发展现状

1.3 本论文的主要内容

第2章船舶运动模型研究

2.1 船舶运动坐标系及坐标转换

2.2 船舶运动模型的建立

2.3 本章小结

第3章定位系统控制器算法研究

3.1 船舶动力定位系统介绍

3.2 混合控制算法理论研究

3.3 本章小结

第4章定位系统控制器方案设计与软件仿真

4.1 控制器设计步骤

4.2 控制器软件实现

4.3 定位系统控制器仿真及分析

4.4 本章小结

第5章定位系统控制器解耦算法的应用

5.1 控制器解耦算法理论及实现

5.2 解耦前后的仿真及对比分析

5.3 本章小结

第6章总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献