动力定位船舶航迹控制的研究及操控界面开发.pdfVIP

动力定能船舶航迹控制研究及操控界面开发 摘要 随着人们对海洋的开发向深海进军，对船舶动力定位系统的需求越来 越大，功能要求也越来越高，这就促使科技工作者进行新的技术研究和开 发，以满足在民用领域和军事领域的需求。航迹保持作为动力定位的一个 重要功能，对其提出的要求也越来越高。本课题的主要任务就是实现高速 和低速两种不同方式下的航迹保持和基于Windows操作系统的动力定位操 控界面开发。 低速航迹保持要求船舶在低速下沿给定航迹运动，使用常规的航迹保 持方法很难保证控制效果。本文提出了一种把低速航迹保持转化为定位定 向控制的方法，并给出了相应的算法。对于两条航迹之间的航迹切换，本 文提出了两种低速航迹切换的策略。然后基于某动力定位船，设计了基于 模糊自整定参数PID的纵、横向控制器和基于改进PID算法的艏向控制器， 并在不同的情况下进行了仿真试验。试验结果表明本文提出的算法是可行 的，能够满足低速航迹保持的要求，并且经过对比，选择出了合适的航迹 切换策略。 高速航迹保持要求船舶以巡航速度沿着给定航迹运动，本文采用间接 控制法，设计了基于模糊自整定参数PID的串级控制器，并且把速度引入 控制器作为模糊决策的输叭，然后提出了保证航迹切换平稳的控制策略， 最后在不同情况下进行了仿真试验。试验结果表明，本文设计的高速航迹 保持控制器能够满足高速航迹保持的要求，由于使用了模糊自整定参数PID 方法，并且把速度作为了决策的一个条件，使控制器具有较强的鲁棒性和 良好的稳定性。 国内在动力定位操控界面的开发一直停留在DOS系统下，本文使用 Visual C++开发平台，基于面向对象编程的思想，开发了Windows平台下 的动力定位操控界面，具有良好的可视性和灵活的扩展性。软件使用了内 存画布、串口通讯等技术，有效的实现了动力定位操控功能和状态豁视功 能。 关键词：动力定位；航迹保持：模糊PID：操控界而 l 第1章绪 论 第1章绪 论 1．1引言 随着科学技术的发展，人类的生活空间己经从陆地扩展到了海洋。海 洋不仅为人类提供了丰富的食物，也为人类提供了石油、稀有金属等无数 的其他资源。由于科学技术的发展及能源和生活资源的需要，近年来人们 日益重视海洋开发，其中包括海底勘探、海洋石油开发、海底矿藏采集以 及与上述有关的各式各样的海洋水下工程。开发海洋离不开船舶或海洋平 台，而船舶或海洋平台的正常使用也离不开船舶导航、船舶推进及船舶控 制系统(设备)的发展。船舶控制系统的发展是科学技术发展的综合体现。 随着对海洋开发的深入和地域的扩展，传统的多点锚泊系统己经不能 满足深海地域定位作业的要求，船舶动力定位系统却能够很好地解决这一 问题。以往，船舶在海上作业时，如果要求其保持作业地点固定不变，人 们通常采用锚泊系统实现定位。但是随着水深的增加，或作业地点水下情 况复杂不允许抛锚，锚泊系统就很难完成其保持船位的任务了，动力定位 系统就是在这种情况下随着科学技术的发展诞生了。 传统的抛锚定位是将锚抛出去，沉于海底，利用锚爪抓住海底的淤泥， 来抵抗外界对船舶的干扰力。它的优点是，锚是任何船舶都有的定位设备， 不需要另外加装定位设备。缺点是，定位不准，而且抛锚、起锚费时费力， 机动性能差。最重要的是它还受到水深的限制，其有效定位范围在水深100 米的区域。船舶动力定位是依靠自身的动力，在控制系统的指挥下抵抗外 界的干扰，使其保持某一姿态和艏向、悬停于空间任何一定点位置。它具 有不受海水深度影响、定位准确快速等特点【I】。 在各类船舶控制系统中动力定位系统是一个很有特点的系统，它涉及 船舶中的多个系统的协调工作，并最终完成保持船舶位置的任务。 船舶动力定位系统像许多控制系统一样也是由：测量系统、控制系统 哈尔滨r程大学硕十学何论文 以及执行机构组成。船舶动力定位系统是一种多回路反馈控制系统，这种 系统的简化框图如图1．1所示。 图1．1动力定位系统简化图 动力定位系统的主要功能有[2-了j： · 定点控位：船舶控制的指令为大地坐标系上