船舶動力定位系統(tǒng)控制技術的發(fā)展與展望.pdf

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1、船舶動力定位系統(tǒng)控制技術的發(fā)展與展望余培文陳輝劉芙蓉摘要：船舶動力定位是深海開發(fā)的關鍵技術之一，隨著海上油氣生產(chǎn)向深海的發(fā)展，動力定位系統(tǒng)會更受重視，對控制技術也會提出更高的要求。本文簡要介紹了動力定位控制技術的發(fā)展過程以及一些代表性的控制技術在動力定位中的應用，包括PID控制，最優(yōu)控制，模型參考自適應控制，反步法，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡等，最后對動力定位控制技術的發(fā)展熱點做了展望。關鍵詞：動力定位控制技術展望隨著人類向深海進軍，動力定位系統(tǒng)（dynamicposition-別對船舶的三個自由度：橫蕩，縱蕩，艏搖進

2、行控制。風力采ing,DP）越來越廣泛地應用于海上作業(yè)船舶（海洋考察船、半用風前饋技術。根據(jù)位置和艏向偏差計算推力大小，然后確潛船等）、海上平臺（海洋鉆井平臺等）、水下潛器(ROV)和軍定推力分配邏輯產(chǎn)生推力，實現(xiàn)船舶定位。這種方法在早期用艦船（布雷艦、潛艇母船等）。它一般由位置測量系統(tǒng)，控制曾取得成功。但是它有不可避免的缺陷：一是除了風前饋以系統(tǒng)，推力系統(tǒng)三部分構成。位置測量系統(tǒng)（傳感器）測量當外，位置和艏向控制都不是以模型為基礎的，屬于事后控制，前船位，控制器根據(jù)測量船位與期望值的偏差，計算出抗拒控制的精度

3、和響應的速度都有局限性；二是若在PID控制器環(huán)境干擾力（風、流、浪）使船舶恢復到期望位置所需的推力，的基礎上，采用低通濾波技術，可以濾除高頻信號，但它卻使推力系統(tǒng)進行能量管理并對各推力器的推力進行分配，推力定位誤差信號產(chǎn)生相位滯后。這種相位滯后限制了可以用于器產(chǎn)生的推力使船舶(平臺)在風流浪的干擾下保持設定的航控制器的相角裕量，因此濾波效果越好，則對控制器帶寬和向和船位。動力定位系統(tǒng)的核心是控制技術，它標志著動力定位精度的限制就愈大；三是PID參數(shù)難以選擇，一旦海況定位系統(tǒng)的發(fā)展水平。和船體有變化，PID參數(shù)將

4、不得不重新選擇。2.LQG控制科動力定位控制技術的發(fā)展Kalman濾波和最優(yōu)控制相結合形成了線性二次高斯型計算機技術，傳感器和推進技術的發(fā)展，無疑給動力定LQG控制（LinearQuadraticGuass），基于LQG控制的第二代技位系統(tǒng)帶來了巨大的進步，但是真正代表動力定位技術發(fā)展動力定位系統(tǒng)應用非常廣泛。現(xiàn)代較多商用船舶的DP系統(tǒng)水平的還是控制技術的發(fā)展。至今動力定位控制技術已經(jīng)經(jīng)都是采用的這種控制方式。創(chuàng)歷三代，其特點分別是經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能Kalman濾波器或擴展Kalman濾波器接收測

5、量的船舶控制理論在動力定位控制技術中的應用。對應的是第一，二，運動綜合位置信息，實現(xiàn)以下功能:1)濾除測量噪聲和船舶高新三代動力定位產(chǎn)品。頻運動信號；2)給出船舶低頻運動的狀態(tài)估計值，該估計值進入九十年代以后，智能控制方法在動力定位系統(tǒng)獲得反饋提供給LQG最優(yōu)控制器；3)狀態(tài)遞推，實時修正低頻估廣泛應用，逐步形成了第三代動力定位系統(tǒng)。Katebi等在計值，在傳感器故障無數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)也能正常運行一段時間。1997年,Donha和Tannuri2001年研究了基于魯棒控制的由于采用Kalman濾波或擴展Kalman

6、濾波,取樣和修正控制器，1998年，ThorI.Fossen做了全比例實驗，采用李亞能在同一個周期內(nèi)完成,因而解決了控制中存在的由于濾波普洛夫設計被動非線性觀測器。非線性隨機過程控制方法的而導致的相位滯后問題。LQG控制在節(jié)能、安全、魯棒性能應用以及欠驅(qū)動控制逐漸成為研究的熱點。神經(jīng)網(wǎng)絡，模糊上都有比較大的進步。控制精度和響應速度滿足了大部分需控制，遺傳算法等等理論給動力定位系統(tǒng)控制器的研究開辟求。但它也有如下缺點：一是模型不夠精確。動力定位系統(tǒng)設了一片新的天地。計時,是在假設一系列固定的艏搖角度(一般線性化為

7、36個艏搖角,從0°到360°,間隔為10°)或者假設艏搖很?。ú捎眯鴥?nèi)外常用的動力定位控制技術角度理論）的基礎上對運動方程進行線性化而獲得的模型。1.PID控制而實際的船舶定位過程是一個復雜的高度非線性的過程。上早期的控制器代表類型，以經(jīng)典的PID控制為基礎，分述假設條件勢必帶來誤差；二是計算工作量比較大。44CWT中國水運2009·2欄目編輯：黃迪3.模型參考自適應控制（DMRAC控制）合。Inoue最初在單點系泊中結合了模糊控制動力定位，給出為了進一步提高控制精度，改善控制系統(tǒng)的魯棒性能。了基本的模型，

8、用位置及位置偏差作為控制器的輸入量，推充分考慮動力定位的復雜非線性以及環(huán)境的不定性，許多學進器的力作為輸出量。然而，由于控制策略是預先確定的，當者采用自適應控制對動力定位系統(tǒng)進行了研究。比較有代表環(huán)境條件發(fā)生變化時，控制效果將變差。因此在模糊控制中性的模型參考自適應控制（DirectModelReferenceAdaptive加入自我調(diào)節(jié)功能，在系統(tǒng)的運動過程中根據(jù)外干擾條件自Cont