半潜式海洋平台动力定位复合自抗扰控制方法研究

摘要

动力定位技术伴随着人们开发海洋资源的深入而不断发展，并广泛地运用于半潜式海洋平台及船舶上。控制方法的优劣对于动力定位系统至关重要，然而，半潜式海洋平台是一个非线性且伴有较大不确定性的系统，导致不能很精确地建立它的系统模型，同时海洋环境干扰较为复杂，因此人们需要寻找更加有效的控制方法以提高动力定位精度。自抗扰控制是近年来发展起来的一种先进控制技术，在处理非线性系统和大滞后被控对象的控制问题上效果显著，但自抗扰控制仍然存在一些弊端，需要加以改进。因此，本文着眼于引入其他控制方法与自抗扰控制相结合，构成复合自抗扰控制策略，并将其运用于动力定位领域。主要内容如下：
　　1.对半潜式海洋平台三自由度低频模型及风、浪、流等外界海洋环境模型进行了探讨，为便于设计控制器，对平台低频模型作了变形转换，并做了仿真分析以检验所建立的模型是否符合平台一般运动规律。
　　2.对自抗扰控制基本原理进行了介绍，指出其对多变量耦合系统的控制较为有效，在此基础上，对平台模型进行了解耦。此外，在海洋平台动力定位系统上进行了 PID控制与自抗扰控制的仿真结果对比，以直观地阐述自抗扰控制相对PID的优势以及自抗扰控制自身的不足。
　　3.针对自抗扰控制器的扰动估计能力不足问题，引入了一种新型连续光滑非线性函数对扩张状态观测器进行改进。同时，用非奇异终端滑模控制代替了非线性状态误差反馈控制律，以提高系统的快速响应能力与稳定性。仿真结果也表明了滑模自抗扰动力定位控制器的优良性能，且该方案对推力系统的要求较低，经济性较好。
　　4.为实现动力定位控制器扰动估计能力的再提高，引入了动态面控制思想对扩张状态观测器进行改造。仿真结果表明，相对于用连续光滑非线性函数对扩张状态观测器进行改进的传统思路，动态面扩张状态观测器方案能大幅提高控制器扰动估计能力，增强了控制器对复杂海洋环境干扰的适应能力。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 半潜式海洋平台动力定位系统简介

1.3 国内外研究现状及发展趋势

1.4 本文主要研究内容

第2章 半潜式海洋平台动力定位系统数学模型

2.1 引言

2.2 海洋平台运动数学模型

2.3 海洋环境模型

2.4 本文研究对象及模型检验

2.5 本章小结

第3章 海洋平台动力定位典型自抗扰控制

3.1 引言

3.2 经典PID控制简介

3.3 典型自抗扰控制

3.4 自抗扰对多变量系统的解耦控制

3.5 PID与ADRC控制效果的比较

3.6 本章小结

第4章 海洋平台动力定位滑模自抗扰控制

4.1 引言

4.2 滑模控制简介

4.3 滑模自抗扰控制器的设计

4.4 仿真分析

4.5 本章小结

第5章 动态面扩张状态观测器对动力定位系统扰动的估计

5.1 引言

5.2 动态面控制简介

5.3 动态面滑模自抗扰控制器的设计

5.4 仿真分析

5.5 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢