船舶动力定位能力频域与时域分析方法研究

作     者：吴艳艳 

作者单位：江苏科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨奕飞

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 082402[工学-轮机工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：动力定位 频域分析法 时域分析法 定位能力 

摘      要：动力定位系统是一种依靠船舶自身推进装置产生推力以抵抗外界风浪流等环境载荷作用的定位系统,它能够保障海洋工程结构物在复杂多变的海洋环境下完成正常作业。本文对动力定位能力频域分析和时域分析方法进行了研究,以某多功能拖轮为研究对象,对其控位能力进行了实例分析;并基于频域分析法,采用Matlab和C++混合编程,完成了动力定位能力频域分析软件的开发。论文的研究内容涵盖以下几个部分:(1)船舶动力定位系统数学模型研究建立了相关的船舶运动数学模型,包括低频运动模型、高频运动模型、推进器推力模型、环境载荷模型,并对模型进行了仿真计算和验证,为船舶动力定位系统设计和定位能力评估软件设计提供了模型支持。(2)动力定位频域分析法研究建立了动力定位能力频域分析流程,研究了推力分配优化策略及算法、推力利用率及极限风速曲线计算流程,计算并绘制了多功能拖轮的极限风速曲线,对其定位能力进行了分析。(3)动力定位时域分析法研究根据动力定位系统运动学特性和相应的数学模型,基于Kalman滤波原理设计了滤波器,并对其滤波效果进行了仿真验证。针对动力定位控制系统的特点,设计了PID控制器、模糊PID控制器、DMC-PID控制器,并对控制器的控制效果进行了仿真验证,结果表明所有控制器能够满足拖轮定位的需求,但模糊PID综合控制效果更好。建立了动力定位时域分析流程,以多功能拖轮为例,对其进行了定位能力时域分析。(4)动力定位能力频域分析软件设计与实现根据频域分析方法流程,以Microsoft Visual Studio 2008为开发工具,采用Matlab和C++语言混合编程的方式,设计了船舶动力定位系统定位能力评估软件,完成了应用软件编程。