船舶动力定位系统控制技术的发展与展望.pdf

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1、船舶动力定位系统控制技术的发展与展望余培文陈辉刘芙蓉摘要：船舶动力定位是深海开发的关键技术之一，随着海上油气生产向深海的发展，动力定位系统会更受重视，对控制技术也会提出更高的要求。本文简要介绍了动力定位控制技术的发展过程以及一些代表性的控制技术在动力定位中的应用，包括PID控制，最优控制，模型参考自适应控制，反步法，模糊控制，神经网络等，最后对动力定位控制技术的发展热点做了展望。关键词：动力定位控制技术展望随着人类向深海进军，动力定位系统（dynamicposition-别对船舶的三个自由度：横荡，纵荡，艏摇进

2、行控制。风力采ing,DP）越来越广泛地应用于海上作业船舶（海洋考察船、半用风前馈技术。根据位置和艏向偏差计算推力大小，然后确潜船等）、海上平台（海洋钻井平台等）、水下潜器(ROV)和军定推力分配逻辑产生推力，实现船舶定位。这种方法在早期用舰船（布雷舰、潜艇母船等）。它一般由位置测量系统，控制曾取得成功。但是它有不可避免的缺陷：一是除了风前馈以系统，推力系统三部分构成。位置测量系统（传感器）测量当外，位置和艏向控制都不是以模型为基础的，属于事后控制，前船位，控制器根据测量船位与期望值的偏差，计算出抗拒控制的精度

3、和响应的速度都有局限性；二是若在PID控制器环境干扰力（风、流、浪）使船舶恢复到期望位置所需的推力，的基础上，采用低通滤波技术，可以滤除高频信号，但它却使推力系统进行能量管理并对各推力器的推力进行分配，推力定位误差信号产生相位滞后。这种相位滞后限制了可以用于器产生的推力使船舶(平台)在风流浪的干扰下保持设定的航控制器的相角裕量，因此滤波效果越好，则对控制器带宽和向和船位。动力定位系统的核心是控制技术，它标志着动力定位精度的限制就愈大；三是PID参数难以选择，一旦海况定位系统的发展水平。和船体有变化，PID参数将

4、不得不重新选择。2.LQG控制科动力定位控制技术的发展Kalman滤波和最优控制相结合形成了线性二次高斯型计算机技术，传感器和推进技术的发展，无疑给动力定LQG控制（LinearQuadraticGuass），基于LQG控制的第二代技位系统带来了巨大的进步，但是真正代表动力定位技术发展动力定位系统应用非常广泛。现代较多商用船舶的DP系统水平的还是控制技术的发展。至今动力定位控制技术已经经都是采用的这种控制方式。创历三代，其特点分别是经典控制理论、现代控制理论和智能Kalman滤波器或扩展Kalman滤波器接收测

5、量的船舶控制理论在动力定位控制技术中的应用。对应的是第一，二，运动综合位置信息，实现以下功能:1)滤除测量噪声和船舶高新三代动力定位产品。频运动信号；2)给出船舶低频运动的状态估计值，该估计值进入九十年代以后，智能控制方法在动力定位系统获得反馈提供给LQG最优控制器；3)状态递推，实时修正低频估广泛应用，逐步形成了第三代动力定位系统。Katebi等在计值，在传感器故障无数据时，系统也能正常运行一段时间。1997年,Donha和Tannuri2001年研究了基于鲁棒控制的由于采用Kalman滤波或扩展Kalman

6、滤波,取样和修正控制器，1998年，ThorI.Fossen做了全比例实验，采用李亚能在同一个周期内完成,因而解决了控制中存在的由于滤波普洛夫设计被动非线性观测器。非线性随机过程控制方法的而导致的相位滞后问题。LQG控制在节能、安全、鲁棒性能应用以及欠驱动控制逐渐成为研究的热点。神经网络，模糊上都有比较大的进步。控制精度和响应速度满足了大部分需控制，遗传算法等等理论给动力定位系统控制器的研究开辟求。但它也有如下缺点：一是模型不够精确。动力定位系统设了一片新的天地。计时,是在假设一系列固定的艏摇角度(一般线性化为

7、36个艏摇角,从0°到360°,间隔为10°)或者假设艏摇很小（采用小国内外常用的动力定位控制技术角度理论）的基础上对运动方程进行线性化而获得的模型。1.PID控制而实际的船舶定位过程是一个复杂的高度非线性的过程。上早期的控制器代表类型，以经典的PID控制为基础，分述假设条件势必带来误差；二是计算工作量比较大。44CWT中国水运2009·2栏目编辑：黄迪3.模型参考自适应控制（DMRAC控制）合。Inoue最初在单点系泊中结合了模糊控制动力定位，给出为了进一步提高控制精度，改善控制系统的鲁棒性能。了基本的模型，

8、用位置及位置偏差作为控制器的输入量，推充分考虑动力定位的复杂非线性以及环境的不定性，许多学进器的力作为输出量。然而，由于控制策略是预先确定的，当者采用自适应控制对动力定位系统进行了研究。比较有代表环境条件发生变化时，控制效果将变差。因此在模糊控制中性的模型参考自适应控制（DirectModelReferenceAdaptive加入自我调节功能，在系统的运动过程中根据外干扰条件自Cont