船舶動力定位系統(tǒng)狀態(tài)估計研究.pdf

1、隨著人口激增和工業(yè)發(fā)展，陸地上的資源和能源被消耗地日漸枯竭；海洋資源逐漸進入人們的視野；尤其是深海領域蘊含大量的礦產及油氣資源。復雜多變的深海環(huán)境對工程船舶、油氣開采平臺等海洋開發(fā)裝備提出了更高的要求，深海環(huán)境對船舶和海洋平臺工作時的定位能力也提出了嚴峻考驗。傳統(tǒng)的錨泊設備隨著水深的增加凸顯了安裝費用猛增、定位精度差等缺點。船舶動力定位系統(tǒng)不受工作海域水深限制、安裝撤離迅速、定位精度高；各國的科研機構和高校紛紛加大了對船舶動力定位系統(tǒng)的

2、研究投入。
　　船舶動力定位系統(tǒng)中最關鍵的是其閉環(huán)循環(huán)算法，船舶依靠自身的推進器產生推力并且不需要外界設備的輔助，一部分推力用來抵抗作用于船舶的風、浪、流等環(huán)境載荷，另一部分推力使船舶保持在預定位置或者按照設定的軌跡航行；上述兩種控制狀態(tài)均需要得到船舶的低頻運動信息。
　　本文主要針對狀態(tài)估計算法進行研究并仿真分析，具體研究內容如下：
　　1）首先介紹船舶在自由液面上的六自由度運動，接著深入到動力定位系統(tǒng)中船舶在水平面

3、上的縱蕩、橫蕩和艏搖三自由度運動，并分別給出船舶在上述運動中的高、低頻數(shù)學模型；然后給出風、浪、流載荷的計算方法。最后介紹三種比較成熟的控制算法（PID、LQ、反歩積分）并且分別與船舶低頻運動數(shù)學模型組成循環(huán)控制程序進行仿真，為研究狀態(tài)估計算法提供輸入項。
　　2）針對Kalman和Passive濾波，首先闡述其濾波原理及循環(huán)流程。然后在保持相同控制力及力矩、環(huán)境參數(shù)、參考位置情況下分別進行仿真研究；從定性角度觀察濾波效果，并從定

4、量角度分析濾波器內部固有參數(shù)對濾波效果的影響，最后對比分析這兩種濾波器的優(yōu)缺點。
　　3）針對Kalman濾波存在的缺點，本文引入兩種算法對其進行改進：漸消記憶濾波和H∞魯棒性濾波。首先介紹這兩種改進算法的原理及濾波流程。然后在相同的控制力及力矩、環(huán)境參數(shù)、參考位置條件下分別進行仿真，并調整其內部固有參數(shù)從定性、定量角度分析其濾波效果。最后在這兩種濾波算法與Kalman濾波相同變量數(shù)值保持一致的情況下進行定量仿真分析；分別調整兩種