模型預(yù)測(cè)控制在動(dòng)力定位系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、動(dòng)力定位(DynamicPositioning，DP)是一種通過控制船上的推力器產(chǎn)生推力向量來對(duì)風(fēng)、浪和流等外部的作用力進(jìn)行補(bǔ)償，以使水面船舶的位置自動(dòng)地保持在給定范圍內(nèi)的技術(shù)。本文的研究是基于挪威的新型動(dòng)力定位產(chǎn)品GreenDP的基本設(shè)計(jì)思想，并對(duì)其作了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，目的是將線性模型預(yù)測(cè)控制(ModelPredictiveControl，MPC)這一先進(jìn)的控制技術(shù)應(yīng)用到DP控制器的設(shè)計(jì)。 作者在合理的假設(shè)條件下，建立并推導(dǎo)出了簡(jiǎn)

2、便的動(dòng)力定位船舶的數(shù)學(xué)模型，并針對(duì)二階波浪漂移力和海流等外界慢變的環(huán)境的作用力和力矩，建立了偏差模型，簡(jiǎn)化了環(huán)境擾動(dòng)的建模。 引入平行參考坐標(biāo)系，運(yùn)用小角理論將船舶的低頻運(yùn)動(dòng)模型線性化，得出了控制器設(shè)計(jì)用的數(shù)學(xué)模型，避免了繁瑣的泰勒線性化的執(zhí)行。 利用卡爾曼濾波的方法，將船舶的低頻和高頻運(yùn)動(dòng)信號(hào)分離，得到船舶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的最佳估計(jì)，并結(jié)合風(fēng)力前饋控制，設(shè)計(jì)了基于卡爾曼濾波的LQG動(dòng)力定位系統(tǒng)。 本文在國(guó)內(nèi)首次將MPC

3、技術(shù)引入船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于MPC在約束處理方面的卓越優(yōu)勢(shì)，使得動(dòng)力定位系統(tǒng)的工作點(diǎn)可以接近允許的操作范圍的邊緣，可以獲得更高的性能和經(jīng)濟(jì)效益。此外，由于MPC算法本身具有一定的解耦作用，省去很多工作，并且能達(dá)到很好的控制效果。 本文通過大量的仿真試驗(yàn)得出結(jié)論：將MPC技術(shù)應(yīng)用到船舶的動(dòng)力定位系統(tǒng)是可行的，能夠很好地處理推力器限制、操作區(qū)限制等約束，滿足其控位精度的要求，并在快速性和穩(wěn)定性方面都優(yōu)于LQG控制。