基于滑模变结构的船舶动力定位控制研究

摘要

随着人们对海洋资源和能源的开发和探索范围越来越广，深海浮式生产系统的定位方式的研究日益重视。船舶动力定位系统是闭环系统，它用船舶推进器产生推力来抵抗船舶所受的风、浪、流等环境干扰，进而使船舶尽可能地在规定的作业范围内保持其船位和艏向。它的优点是船舶定位不受水深限制，在深水中船舶定位成本较低。
　　动力定位控制技术已经经历了三代，其中滑模变结构控制(SMC)在系统中存在不确定性环境干扰时具有完全鲁棒性，因此本文采用滑模变结构控制技术设计船舶动力定位控制器。但是滑模控制通常会引起抖振现象，为了削弱抖振，本文将自适应和滑模控制结合来设计船舶动力定位控制器。主要的研究工作如下:
　　通过对船舶动力定位控制问题进行描述，设计了适用于船舶三自由度运动模型的滑模控制器和自适应滑模控制器，并且对我们所设计的控制器进行了稳定性分析。为了证明我们所设计的控制器具有良好的控制性能和鲁棒性能，以某动力定位船舶为研究对象，对设计的控制器进行仿真和结果分析。仿真结果表明，船舶能克服外界环境扰动运动到并稳定在期望位置上，从而验证控制器的控制性能和鲁棒性能良好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究发展状况

1．2．1 船舶动力定位研究发展状况

1．2．2 滑模变结构控制理论研究发展状况

1．3 本文研究的主要内容

第2章 船舶动力定位系统模型

2．1 船舶运动数学模型

2．1．1 船舶运动学模型

2．1．2 船舶动力学模型

2．2 海洋环境扰动力模型

2．2．1 船舶低频运动模型

2．2．2 船舶高频运动模型

2．3 本文采用的船舶模型

2．4 本章小结

第3章 船舶动力定位滑模控制器设计

3．1 滑模控制理论

3．1．1 滑模控制系统设计的基本步骤

3．1．2 滑模控制系统抖振问题

3．2 船舶动力定位滑模控制器的设计

3．2．1 船舶动力定位控制问题的描述

3．2．2 控制律的设计及稳定性分析

3．2．3 小结

3．3 仿真与结果分析

3．4 本章小结

第4章 船舶动力定位自适应滑模控制器的设计

4．1 自适应控制理论

4．1．1 自适应控制系统简介

4．1．2 自适应控制系统设计的基本步骤

4．2 船舶动力定位自适应滑模控制器的设计

4．2．1 船舶动力定位控制问题的描述

4．2．2 控制律的设计及稳定性分析

4．2．3 小结

4．3 仿真与结果分析

4．4 本章小结

第5章 船舶动力定位的推力分配优化策略

5．1 推进器模型

5．2 推力优化分配方法

5．3 仿真与结果分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

作者简介