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不同海况下动力定位船舶镇定控制研究

摘要

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随着海洋事业的突飞猛进，誉为“定海神针”的船舶动力定位（）系统，在铺管、

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供给和资源开发等领域具有良好前景。本文以配有系统的铺管起重船为研究对象，

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针对系统在不同海况下存在控制精度低、滤波效果差和收敛速度慢等实际工程问题，

为滤波器、观测器、控制器和推力分配提出新的设计方案。主要研究内容如下：

首先，针对研究对象铺管起重船，建立该船舶的数学模型与海洋环境干扰力模型。

考虑实际船舶作业遇到的问题，推导出含有噪声、参数不确定性和输入饱和的状态空间

表达式，并通过仿真验证该模型的准确性，为后文提供理论与仿真基础。

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接着，针对系统收敛速度慢的问题，提出新型固定时间稳定方法，引入随时间

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变化的函数减小系统收敛时间上界。采用强跟踪自适应容积卡尔曼滤波和固定时间

扩张状态观测器估计船速和集总干扰，设计一种新型固定时间滑模输出反馈控制策略，

利用饱和函数避免奇异性并减弱抖振现象，仿真结果表明控制器的可行性。

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然后，针对高海况系统定位精度低、测量噪声未知的问题，考虑有色噪声干扰，

提出一种基于滑动窗的变分模糊自适应容积卡尔曼滤波器，分为前向滤波、后向平滑和

变分近似三步；引入更新增益技术改进固定时间扩张状态观测器，降低位置滤波误差对

观测器估计的影响；设计辅助动态系统解决输入饱和问题，推导出一种基于加速度反馈

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的固定时间滑模控制策略。在此基础上，采用切换逻辑提升变海况下系统的控制精

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度和收敛速度，并从理论上证明系统的稳定性。

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最后，考虑全回转推进器的物理属性及约束条件，建立推力系统的优化模型，

提出改进混沌麻雀有哪些信誉好的足球投注网站算法求解推力分配的问题，改进Logistic混沌映射实现种群分布

随机性和均匀性，引入种群距离的概念和反向学习提高麻雀有哪些信誉好的足球投注网站能力。经验证，该方法

能够降低推力分配误差和推进器功率损耗。

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本文针对不同海况下系统的控制策略和推力分配展开研究，并分析其稳定性和

仿真结果。经仿真验证，有色噪声影响下，本文提出的滤波器和观测器能降低估计误差，

控制器可有效提升系统的控制精度和收敛速度；推力分配的误差和能量损耗均能够满足

实际工程要求，对船舶动力定位系统的研究具有一定的参考价值。

关键词：船舶动力定位；镇定控制；固定时间稳定；非线性滤波；推力分配

不同海况下动力定位船舶镇定控制研究

Abstract

Withtherapiddevelopmentofthemarineindustry,theshipdynamicpositioning(DP)

systemisknownastheTideControlPillar.Ithasgoodprospectsinareassuchaslaying

pipelines,supplyingvesselsanddevelopingresources.Thisarticletakesapipelayingcrane

shipequippedwithaDPsystemastheresearchobjectandproposesanewdesignschemefor

filters,observers,controllersandthrustdistributiontoaddres