耙吸式挖泥船运动建模及动力定位控制研究

摘要

随着疏浚工程不断的向深海推进，传统的定位方式已经不能够满足生产要求，而动力定位依靠其推力系统的力量，克服风、海流、海浪等外部环境的干扰，具有不受水深限制、定位准确、投入和撤离迅速等优点，所以动力定位是实现耙吸式挖泥船疏浚定位，加快疏浚速度，提升疏浚档次，提高疏浚经济效益的一种重要保证。
　　 本文从耙吸式挖泥船运动模型出发，基于其在海洋环境里工作的特性，分别建立了低频及高频运动模型，同时讨论了耙吸式挖泥船外力模型，包括了主控制力模型，流体动力模型，海洋环境力模型等。由于船舶的高频运动仅仅表现为周期性的振荡但不会导致平均的位置发生改变为了尽量减少不必要的的能量浪费以及推力器的磨损，一般进行滤波设计，从船舶测得的综合信号分离出低频信号再对其进行控制。在研究了kalman滤波器原理的基础上，进行了耙吸式挖泥船卡尔曼滤波器的设计，并且通过仿真实验证明所设计的kalman滤波器能够有效的滤除船舶运动中高频信号。针对耙吸式挖泥船工作的特点，研究了模糊控制与PID控制相结合模糊PID的动力定位控制，在总结实船工作人员的经验的基础上，制定模糊控制规则，利用Matlab中的模糊Fuzzy模块及Simulink模块对动力定位模式下挖泥船进行半载模拟仿真，仿真结果表明基于模糊PID的DP控制能够获得良好的系统动态及稳态性能。
　　 论文所研究得到的主要成果已在某大型耙吸式挖泥船上得到了验证应用并取得很好的实际效果，获得了广泛的肯定与好评。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．1．1 课题研究的背景

1．1．2 课题研究的意义

1．2 动力定位国内外研究现状及发展趋势

1．3 本文研究的主要内容

第2章 耙吸式挖泥船动力定位运动数学模型

2．1 运动坐标系及坐标的转换

2．2 耙吸式挖泥船运动数学模型

2．2．1 低频运动模型

2．2．2 高频运动模型

2．2．3 测量模型

2．3 本章小节

第3章 耙吸式挖泥船外力模型

3．1 耙吸式挖泥船主控制力模型

3．1．1 螺旋桨的推力和扭矩

3．1．2 舵力及其力矩

3．2 流体动力模型

3．2．1 流体惯性力及力矩

3．2．2 粘性力及力矩

3．3 海洋环境模型

3．3．1 风力模型

3．3．2 波浪力模型

3．3．3 水流力模型

3．4 耙头外力模型

3．5 本章小结

第4章 耙吸式挖泥船动力定位数据滤波和状态估计

4．1 kalman滤波器

4．2 离散型kalman滤波器原理

4．3 离散型的kalman滤波器的设计

4．4 离散型kalman滤波器滤波仿真及其结果分析

4．5 本章小节

第5章 模糊PID动力定位控制器的设计

5．1 PID基本控制原理

5．2 积分分离PID基本控制算法

5．3 模糊控制

5．3．1 模糊控制的特点

5．3．2 糊控制器(Fuzzy Controller)结构

5．3．3 模糊控制系统稳定性的判别方法

5．4 模糊PID控制器的设计及Matlab仿真

5．4．1 KPKIKD模糊规则的确定

5．4．2 模糊控制器输入量及输出量

5．4．3 △KP，△KI，△KD模糊规则表

5．4．4 软件设计方框图

5．4．5 模糊PID动力定位仿真研究与结果

5．5 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介