【摘 要】
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随着世界经济的持续发展,陆地资源的日趋枯竭,越来越多的国家将眼光投向海洋资源。海洋面积占地球面积超过百分之七十,资源相对丰富,是未来资源的主要来源,船舶和半潜式平台
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随着世界经济的持续发展,陆地资源的日趋枯竭,越来越多的国家将眼光投向海洋资源。海洋面积占地球面积超过百分之七十,资源相对丰富,是未来资源的主要来源,船舶和半潜式平台等浮式作业系统是深海作业的重要载体。伴随着人类对海洋开发和探索的范围越来越广,传统的锚式定位不再适用,船舶和平台的动力定位系统的研究日益受到重视。船舶动力定位(Dynamic Positioning,简称DP)系统是船舶依靠推力系统的推力,克服风、浪、流等外部环境因素的影响,使船舶自动保持在一定艏向和位置(固定位置或者预设航迹)。现代船舶动力定位系统和传统的锚泊定位系统相比,有着无可比拟的优势,例如不受水深限制、定位准确、速度快等。本文首先分析了船舶动力定位技术的研究现状,然后分别建立了船舶运动的数学模型,以及环境力风、浪、流的外载荷数学模型。动力定位的核心是控制技术,本文根据动力定位系统的数学模型,研究了动力定位系统的控制策略。针对船舶动力定位系统模型的非线性特性,设计了一个非线性反步法控制方法,它是一种将李雅普诺夫函数的选择和控制器的设计结合的一种控制方法,并在MATLAB 7软件环境下通过仿真研究验证了反步法控制策略的有效性。作为比较,研究了第二代动力定位系统LQG控制算法,它是一种将卡尔曼滤波和线性二次最优控制结合起来的控制算法,根据动力定位系统的数学模型,进行了MATLAB 7仿真研究,验证了控制算法的有效性,最后针对反步法和LQG控制方法的控制效果及其优缺点进行了对比评价。实验结果表明,虽然LQG控制方法简单容易实现,但是反步法较LQG控制方法有更加优良的性能。
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