船舶动力定位系统控制器设计

【摘要】： 动力定位系统是指海上漂浮物依靠自身的动力,在控制系统的指挥下抵抗外界干扰,使船舶或海洋平台保持某一姿态和艏向,悬停在空问的某一定点位置。现在,人们日益重视海洋的开发,并且海洋的开发不断向着远海深海扩展,动力定位系统对于海底勘探、海洋石油开发、海底矿物质采集等各式各样的海洋工程活动显示出了越来越重要的意义。动力定位技术已经发展了五十多年,随着科学技术的进步,新的更复杂的控制方法不断地被应用到动力定位系统之中。其中非线性理论的发展使得动力定位控制的研究从线性系统转换到非线性系统。在大多数的控制应用中,各种未知和不确定因素不可避免地存在于被控对象及其环境中,因此动力定位系统的非线性自适应控制成为研究的前沿。 本文以船舶动力定位系统为例分析研究动力定位系统。围绕船舶动力定位系统中的控制器设计问题,研究分析船舶动力定位系统3自由度的运动学和动力学数学模型,建立非线性船舶动力定位系统数学模型。 当自由的船舶或者海洋平台漂浮在海上时,要受到来自风、海流和波浪等环境因素所产生的力和力矩的作用,致使船舶或平台产生平移和艏向的改变。为了消除由慢变的环境力扰动对船舶定位精度的影响,本文在非线性Backstepping设计方法的基础之上引入积分环节,改善了系统的控制性能。进一步,因为环境扰动的不确定性,本文针对带有不确扰动项的非线性船舶动力定位系统数学模型,基于带有积分器的非线性Backstepping设计方法,设计一种非线性自适应Backstepping控制器,抑制不确定的且时变的环境扰动对船舶定位的影响,取得了满意的结果。