船舶航向檢測(cè)與動(dòng)力定位控制方法研究.pdf

1、船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)通過(guò)船舶自身的推力來(lái)抵抗風(fēng)、浪、海流等環(huán)境干擾力，從而使船舶在海面上保持一定的位置和方向。該系統(tǒng)具有不受水深限制、部署迅速和撤離迅速等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又能夠使船舶實(shí)現(xiàn)較為精確的機(jī)動(dòng)。因此，對(duì)于大多數(shù)在海上作業(yè)的船舶來(lái)說(shuō)，動(dòng)力定位系統(tǒng)是必要的支持系統(tǒng)。為了提高船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的性能，本文對(duì)船舶航向檢測(cè)以及動(dòng)力定位控制方法展開(kāi)了研究。船舶磁航向系統(tǒng)是一種利用地球磁場(chǎng)測(cè)量船舶磁航向角的裝置，它的精度直接影響船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的控制精度

2、。作為磁航向系統(tǒng)的核心傳感器，三軸磁力計(jì)的誤差是磁航向系統(tǒng)誤差的主要來(lái)源。
　　本文在分析三軸磁力計(jì)的各項(xiàng)誤差來(lái)源的基礎(chǔ)上，建立了三軸磁力計(jì)的誤差線性化模型，并在模型的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的使用環(huán)境，設(shè)計(jì)了四元素、七元素和十元素這三種磁場(chǎng)校正算法，為研究船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的控制方法奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。船舶在海面上的綜合運(yùn)動(dòng)包括了由風(fēng)力、海流力、二階波浪力、推進(jìn)力造成的低頻運(yùn)動(dòng)和一階波浪力造成的高頻運(yùn)動(dòng)。由于高頻運(yùn)動(dòng)僅表現(xiàn)為周期性的振蕩而不

3、會(huì)導(dǎo)致平均位置的改變，為了避免不必要的能量浪費(fèi)和推進(jìn)器系統(tǒng)的磨損，一般從測(cè)得的綜合位置信號(hào)中分離出低頻信號(hào)進(jìn)行控制。本文在合理的假設(shè)條件下，建立并推導(dǎo)出了環(huán)境干擾力模型和船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型，并將兩者相結(jié)合，基于無(wú)源性理論設(shè)計(jì)了一種非線性無(wú)源觀測(cè)器。在不同海況下的仿真試驗(yàn)表明，該非線性無(wú)源觀測(cè)器對(duì)于船舶運(yùn)動(dòng)的高低頻信號(hào)都能進(jìn)行有效的估計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)船舶的高頻運(yùn)動(dòng)濾波和低頻運(yùn)動(dòng)狀態(tài)重構(gòu)。本文為實(shí)現(xiàn)船舶的動(dòng)力定位控制，首先利用微分同胚變