挖泥船动力定位系统控制策略研究

论文摘要

随着我国疏浚量的日益增大,对挖泥船的疏浚效率的要求也日益提高,越来越多的挖泥船开始采用动力定位系统,它是一种闭环的反馈控制系统,与传统的定位方式相比,动力定位系统完全靠自身产生的推力定位,不需要依靠外部设备,而且能够在任何水深条件下工作,对外部环境改变能做出快速响应,能实现如固定轨迹移动等特殊功能。本文在江苏省高技术研究项目的支持下,将“挖泥船动力定位系统控制策略研究”作为硕士论文研究课题。根据挖泥船动力定位系统的特殊性,针对推力分配问题进行了系统的探讨与研究,论文具有明确的工程应用背景和实用价值,主要贡献如下:根据耙吸挖泥船的动力定位系统的特殊性,阐述了耙吸挖泥船的螺旋桨选型,并分析了原因。针对18000 m 3耙吸挖泥船的两种不同的推进器配置方案,重点分析了在这两种推进器配置方案下的推力分配问题。在第一种配置方案中,挖泥船配备一个艏侧推、两个主推和两个舵,推力分配策略为针对耙吸挖泥船的八种工作模式,根据控制系统给出的推力指令,对艏侧推、主推和舵应该产生的推力大小分别进行计算。在第二种配置方案中,挖泥船配备四个全回转推进器,推力分配的目标是最小化系统能耗,同时还要考虑推进器的推力极限、奇异结构等因素,利用序列二次规划法进行推力的最优分配。在此基础上,引入了评估耙吸挖泥船动力定位系统控位能力的方法,即动力定位控位能力图。利用DPCAP软件,建立了耙吸挖泥船动力定位系统的计算模型,并对两种推进器配置情况下的控位能力图进行了分析。利用MATLAB软件,对两种不同的配置方案下的推力分配进行了仿真,得出分配给各个推进器的控制信号并进行了分析。针对耙吸挖泥船动力定位八种模式,对其操作流程进行了介绍,描述了八种模式下如何进行操作,以及八种模式下如何查看船舶各种状态。论文研究的部分研究成果已在某耙吸挖泥船上得到应用,获得了用船单位有关领导的肯定与好评。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 耙吸挖泥船的发展现状
• 1.2.1 耙吸挖泥船概述
• 1.2.2 耙吸挖泥船的国内外发展现状
• 1.3 本论文主要内容
• 1.3.1 主要研究内容
• 第2章 耙吸挖泥船动力定位系统工作模式
• 2.1 动力定位系统简介
• 2.1.1 动力定位的定义及应用
• 2.1.2 动力定位系统组成部分介绍
• 2.2 动力定位系统工作模式简介
• 2.3 本章小结
• 第3章 推进器性能分析
• 3.1 动力定位推进器的特殊性
• 3.2 推进装置
• 3.2.1 导管螺旋桨
• 3.2.2 可调螺距桨和定距调速桨
• 3.2.3 全回转推进器
• 3.2.4 吊舱推进器
• 3.2.5 舵
• 3.3 推进器的水动力性能
• 3.3.1 推进器的一般性能参数
• 3.3.2 舵的性能参数
• 3.4 推进器的水动力干扰问题
• 3.4.1 螺旋桨尾流
• 3.4.2 螺旋桨之间的相互干扰
• 3.4.3 螺旋桨与船体之间的相互干扰
• 3.5 螺旋桨型式的选择
• 3.6 本章小结
• 第4章 推力分配策略
• 4.1 八种模式下的推力分配策略
• 4.1.1 自动艏向
• 4.1.2 DT 航行
• 4.1.3 DT 疏浚
• 4.1.4 定点疏浚
• 4.1.5 DT 抛泥
• 4.1.6 手动操纵杆
• 4.1.7 DP 自动
• 4.1.8 DP 艏喷
• 4.2 推力分配问题的拓展
• 4.2.1 推力分配模型
• 4.2.2 SQP 算法基本原理
• 4.3 推进器控位能力分析
• 4.3.1 控位能力计算软件DPCAP
• 4.3.2 控位能力分析
• 4.3.3 控位能力对比
• 4.4 推力分配仿真
• 4.4.1 八种模式下推力分配的仿真
• 4.4.2 MATLAB 优化工具箱
• 4.4.3 推力分配拓展情况下的仿真
• 4.4.4 奇异权值对船舶操纵性的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 耙吸挖泥船动力定位八种模式操作流程
• 5.1 耙吸挖泥船动力定位八种模式操作方法
• 5.1.1 自动艏向模式
• 5.1.2 DT 航行模式
• 5.1.3 DT 疏浚模式
• 5.1.4 定点疏浚模式
• 5.1.5 DT 抛泥模式
• 5.1.6 手动操纵杆模式
• 5.1.7 DP 自动模式
• 5.1.8 DP 艏喷模式
• 5.2 耙吸挖泥船动力定位八种模式状态查看
• 5.2.1 驾驶报警页面
• 5.2.2 艏向历史页面
• 5.2.7 航迹历史页面
• 5.2.8 航线页面
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢
• 详细摘要