基于模型预测控制的动力定位控制系统研究
目前大多数船舶及海上浮式作业平台都配备了不同等级的动力定位系统(DynamicPositioning System，即DPS)。它们在不借助锚泊系统的情况下，利用各类传感器检测出外界环境(如海风、波浪、海流等)的干扰和自身状态的变化，使用自身配备的自动控制系统对各类信息进行实时处理，解算出能够使自身恢复到目标位姿所需控制力，保持在所期望的位姿上，从而实现动力定位。作为一种高新控制系统，近年来，DPS在复杂的海洋环境中取得了良好的定位效果，受到人们越来越多的关注，应用范围越来越广。
本论文以某深水钻井平台作为研究对象，设计了一种基于模型预测控制(ModelPredictive Control，即MPC)的动力定位控制系统。主要研究工作如下：
(1)根据刚体动力学及运动学理论，建立了某深水平台的线性低频运动数学模型。同时建立了包括海风、二阶波浪和海流等环境干扰模型。
(2)基于MPC理论中的动态矩阵控制(Dynamic Matrix Control，即DMC)算法，以平台的低频线性运动模型作为预测模型，设计了动力定位DMC控制器。
(3)针对深水钻井平台的推进系统的特点，深入研究了推力分配问题，重点研究了推力分配逻辑，提出了解决推进系统中的各类约束条件和限制条件的方法，并针对全回转推进器组成的冗余推进器系统，设计了四种推力分配方案。
(4)设计并实现了深水钻井平台动力定位半实物仿真系统。在该仿真系统下进行了动力定位控制系统仿真和水池模型实验，仿真中考虑了风、浪、流环境作用。结果验证了基于模型预测控制的动力定位控制系统的可行性和有效性。
本文从模型预测控制的原理出发，建立了某深水钻井平台的运动模型，设计了动力定位控制系统，提出了推力分配方案，进行了动力定位实验。实验结果表明，基于模型预测控制的动力定位控制系统能够获得良好的控制和定位效果，是可行有效的。
动力定位;模型预测控制;推力分配;深水钻井平台;动态矩阵控制
哈尔滨工程大学
硕士
船舶与海洋结构物设计制造
万磊
2012
中文
P742;TP273
91
2013-04-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）