模糊控制技术在海缆作业船动力定位的应用研究

摘要

2000吨海缆作业船主要担负我国近海海域内海底光缆及小型海底电缆/光电复合缆的布放、埋设和维修等任务。动力定位系统具有优良的航迹控制、稳定的定点控制和先进的跟踪控制等性能优点,能满足海缆施工和维修过程中要求的精确性和稳定性,确保水下作业的安全性与可靠性,因此,确定该型船安装动力定位系统。本文以该型船为对象,旨在设计一套动力定位控制系统,用于控制该型船,使其推进系统产生必要的纵向、侧向推力和回转力矩,达到抵御外部干扰力的目的,实现在指定的海域位置进行海缆施工和维修作业。本文首先提出了以水下作业系统为中心的综合动力定位概念,并针对此概念,论证提出了2000吨海缆作业船动力定位系统的配置方案。接着,在分析经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论在动力定位控制技术应用的基础上,充分考虑了模糊控制有不依赖于对象的精确数学模型、抗干扰能力强、响应速度快、鲁棒性好等特点,并结合2000吨海缆作业船实际,选用了模糊控制作为该型船动力定位系统控制器。最后,运用模糊控制理论设计了该型船的动力定位控制系统,并将此控制器置于风速10m/s、海流1.5m/s海况条件干扰下进行仿真,仿真结果表明,该设计能够满足该型船在作业时所需的控制精度要求。为弥补模糊控制器在平衡点附近出现的盲区缺陷,本文引入PID控制环节,与模糊控制器联合构成F-PID复合控制器,基于该控制器设计了2000吨海缆作业船的动力定位控制系统,同样将此控制器置于上述海况条件干扰下进行仿真,仿真结果表明,该设计能够满足该型船在作业时所需的控制精度要求。上述两个控制器仿真结果对比表明,F-PID复合控制器比单个的模糊控制器具有更高的稳态精度。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 2000 吨海缆作业船简述

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 本文的主要工作

第二章 动力定位系统技术现状分析

2.1 动力定位系统发展

2.2 动力定位系统组成

2.3 2000 吨海缆作业船对动力定位系统的需求.

2.4 动力定位系统控制技术

2.5 本章小结

第三章 海缆作业船动力定位系统配置方案

3.1 2000 吨海缆作业船动力定位能力分析.

3.2 以水下作业系统为中心的综合动力定位

3.3 推进系统方案

3.4 位置测量系统方案

3.5 传感器系统方案

3.6 控制系统方案

3.7 本章小结

第四章 动力定位系统控制器的设计及优化

4.1 模糊控制理论

4.2 海缆作业船运动模型的建立

4.3 海洋环境干扰力模型的建立

4.4 模糊控制器设计

4.5 仿真结果

4.6 模糊控制器优化设计

4.7 优化仿真结果

4.8 本章小结

第五章 全文总结

5.1 主要结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

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