[發明專利]一種船舶動力定位控制系統非線性濾波器設計方法在審
| 申請號： | 201710608846.7 | 申請日： | 2017-07-25 |
| 公開（公告）號： | CN107272415A | 公開（公告）日： | 2017-10-20 |
| 發明（設計）人： | 王龍金;周松辰;郭春秋 | 申請（專利權）人： | 青島科技大學 |
| 主分類號： | G05B13/04 | 分類號： | G05B13/04 |
| 代理公司： | 北京中濟緯天專利代理有限公司11429 | 代理人： | 孫靜雅 |
| 地址： | 266061 山*** | 國省代碼： | 山東;37 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 船舶 動力 定位 控制系統 非線性 濾波器 設計 方法 | ||
1.一種船舶動力定位控制系統非線性濾波器設計方法，其特征在于，包括如下步驟：
S1：船舶運動模型建立
根據船舶排水量m，以及水池試驗或者水動力數值分析獲得的水動力導數Xu、Yv、Nr、Nv、Yr，重心在船體坐標系中的位置xg，建立動力定位系統船舶的縱蕩、橫蕩和艏搖三自由度運動模型：
其中，η＝[N E ψ]T為固定坐標系下東向位置，北向位置和航向角，為低頻位置信息，ν＝[u v r]T為船體平行坐標系下縱蕩速度，橫蕩速度和航向角速度，bp＝[b1 b2 b3]T為船體平行坐標系下縱蕩、橫蕩和航向運動未建模低頻信號，τ為船體平行坐標下控制力和控制力矩，τwind和τwave為船體平行坐標系下風和流干擾力和干擾力矩，M和D為船舶運動模型參數，其中：
S2：非線性濾波器設計模型
根據海浪譜密度特性構建地坐標系下一階波浪力引起的船舶東向位置、北向位置和航向角高頻運動模型，其中每個自由度均采用二階成型濾波器進行建模，具體結構如下：
其中，ξ＝[ξx ξy ξψ xw yw ψw]T，其中ξx、ξy、ξψ為輔助變量，xw、yw、ψw為一階波浪引起的東向位置、北向位置和航向角，ω1＝[ωx ωy ωψ]T，ωx、ωy、ωψ為白噪聲信號；
結合式(1)所示動力定位船舶運動模型和式(5)所示高頻運動模型，建立動力定位船舶非線性濾波器設計模型如下：
其中，ω2、ω3為白噪聲信號，分別代表低頻干擾未建模項和船舶運動模型未建模項，vm為傳感器測量噪聲；
S3：非線性濾波器設計
根據式(6)給出的船舶動力定位觀測器設計模型設計非線性濾波器結構如下：
其中，y為傳感器測量信號，為觀測得到的船舶低頻位置信號和高頻位置信號之和，K1(ω0)、K2、K3和K4為觀測器參數；
S4：濾波器增益選擇
根據式(7)所示各變量維數，非線性濾波器增益為：
其中，ω0i分別為船舶縱蕩、橫蕩和艏搖干擾峰值頻率，λi分別為船舶縱蕩、橫蕩和艏搖干擾阻尼，ζni為船舶縱蕩、橫蕩和艏搖設計阻尼；
K2＝diag(K21,K22,K23)(9)
其中，K2i＝ωci為船舶縱蕩、橫蕩和艏搖運動截止頻率；
K3＝diag(K31,K32,K33)(10)
K4＝diag(K41,K42,K43)(11)
其中，
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