开发基于状态空间模型的船舶动力定位系统可行性研究任务书

 2020-02-20 09:02

1. 毕业设计(论文)主要内容:

船舶动力定位系统一般包括位置测量系统、控制系统和推力系统三部分。其工作原理是根据测量系统测得的船舶运动信息和当前环境参数,将船舶的位置和艏向与期望值比较,控制系统依据此偏差计算所需推力,同时调节推力系统的推力分配,形成一个足以抵消外界瞬变环境载荷的主动力,从而抵消风、浪、流等环境外力(矩)的干扰,使船舶保持在预期位置或沿预期的轨迹航行。

动力定位系统的控制系统经历了从pid控制、线性最优控制到智能控制的发展历程。pid控制是早期动力定位系统控制技术的代表类型,广泛应用于第一代动力定位系统。线性随机最优控制,即lqg控制,解决了定位控制中滤波引起的相位滞后问题,并在节能、安全、鲁棒性能上都较pid控制有很大进步,其控制精度和响应速度均能满足系统需求。模糊控制、神经网络控制等智能控制是一种处理不确定性、非线性和其它不适定问题的控制方法,非常适合处理动力定位系统的复杂非线性以及环境的不定性,能够提高动力定位系统的抗干扰能力、响应速度和鲁棒性。

然而,这些控制方法都是基于船舶的简化运动模型,没有考虑船舶与波浪频率相关的辐射阻尼。控制系统的时域运动模型只考虑了一个常数阻尼系数,这种简化没有考虑流体记忆影响(fluid memory effect),因而不能精确求解船舶在波浪等环境载荷下的运动响应,从而在求解所需推力的过程中引入误差,最终影响动力定位系统的精度。

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2. 毕业设计(论文)主要任务及要求

1、根据毕业设计任务书的内容和要求,进行文献的收集和阅读工作,所阅读文献不少于15篇,其中外文文献不少3篇,翻译英文文献不少于5000字。

2、明确选题的目的和意义,确定开展论文研究的基本内容、研究方案和技术途径,在此基础上完成开题报告;

3、掌握水动力分析软件diffract的基本使用方法,能够独立完成频域水动力分析;

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3. 毕业设计(论文)完成任务的计划与安排

任务编号

任务内容

时间节点

1

文献调查

第1-2周

2

学习MSS软件

第3-5周

3

利用DIFFRACT软件开展船舶水动力分析

第6周

4

利用MATLAB软件建立基于Cummins方程的常系数时域模型,并对比与传统方法的计算精度的差别

第7周

5

对比研究不同参数识别方法

第8-10周

6

基于MSS软件进行船舶动力定位系统分析

第11-12周

7

完成毕业设计论文

第13-14周

4. 主要参考文献

[1] PerezT, Smogeli Oslash; N, Fossen T I, et al. An overview of the marine systemssimulator (MSS): A simulink toolbox for marine control systems[J]. Modeling,identification and Control, 2006, 27(4): 259-275..

[2] Nguyen T D, Soslash;rensen A J, Quek S T. Design of hybridcontroller for dynamic positioning from calm to extreme sea conditions[J].Automatica, 2007, 43(5): 768-785..

[3] Fossen T I. Handbook of marine craft hydrodynamics andmotion control[M]. John Wiley amp; Sons, 2011..

[4]Yamamoto M, Morooka C K. Dynamic positioning system of semi-submersibleplatform using fuzzy control[J]. Journal of the Brazilian Society ofMechanical Sciences and Engineering, 2005, 27(4): 449-455..

[5] Fossen T I, Smogeli Oslash; N. Nonlinear time-domainstrip theory formulation for low-speed manoeuvering and station-keeping[J].2004..

[6] Dong N T. Design of hybrid marine controlsystems for dynamic positioning[D]. , 2006..

[7] Zhao Z, Yang J, Wang L, et al. The developmentand research method of dynamic positioning system[J]. OceanEngineering/Haiyang Gongcheng, 2002, 20(1): 91-97..

[8] Fossen T I, Sagatun S I,Soslash;rensen A J. Identification of dynamically positioned ships[J]. 1996...

[9] Li W, Sun Y, Chen H, et al. Model predictivecontroller design for ship dynamic positioning system based on state-spaceequations[J]. Journal of Marine Science and Technology, 2017, 22(3): 426-431..

[10] Xu S, Li B, Wang X, et al. Anovel real-time estimate method of wave drift force for wave feed-forward indynamic positioning system[J]. Ships and Offshore Structures, 2016, 11(7): 747-756..

[11] Wang F, Lv M, Bai Y, etal. Software implemented fault tolerance of triple-redundant dynamicpositioning (DP) control system[J]. Ships and Offshore Structures, 2017,12(4): 545-552..

[12] Wu D, Ren F, Zhang W. Anenergy optimal thrust allocation method for the marine dynamic positioningsystem based on adaptive hybrid artificial bee colony algorithm[J]. OceanEngineering, 2016, 118: 216-226.

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