大连海事大学
硕士学½论文
救助船舶动力定½控制系统及其仿真的研究
姓名：½建
申请学½级别：硕士
专业：控制理论与控制工程
指导教师：郭晨
201206
中文摘要
摘要
随着½前船舶与海洋工程的开发和快速发展，动力定½系统己广泛应用于多
种船舶和海洋平台上，并发挥了重要½用。
本论文以救助船“北海救½½Ｓ＂½为研究对象，采用自抗扰控制技术（ＡＤＲＣ）
设计控制器，并在不同海况下对其动力定½控制进行仿真研究。
本论文首先分析了船舶动力定½系统研发的现状及发展趋势，然后对船舶运
动的½频运动和高频运动的数学模型以及风、浪、流干扰模型进行了讨论，本文
建立了适用于系统仿真的船舶动力定½控制系统的½频数学模型，并通过仿真实
验验证了模型的正确性。
然后，½者详细讨论了自抗扰控制器，对该控制器中的跟踪微分器（ＴＤ）、扩张
状态观测器（ＥＳＯ）、非线性反馈控制率（ＮＬＳＥＦ）及其算法进行了详细说明，并给出了
其参数整定的方法。
最后，分别对于理想海况和一般海况下设计了ＡＤＲＣ控制器对动力定½系统进
行仿真研究并与ＰＩＤ控制器进行比较分析。
仿真结果表明，与经典ＰＩＤ控制器相比较，ＡＤＲＣ控制器具有更强的鲁棒性和
抗干扰性，对未建模动态有很强的抑制½力，控制具有快速、超调小的特点。针
对自抗扰控制器中参数整定困难的问题，½者设计了一种基于模糊控制的改进型
自抗扰控制器，以实现自抗扰控制器中非线性反馈控制的参数在线整定，提高自
抗扰控制器的性½，并通过仿真计算验证了其有效性。
关键词：动力定½；自抗扰控制；未建模动态；模糊控制
英文摘要
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
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英文摘要
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救助船舶动力定½控制系统及其仿真的研究
第１章绪论
１．１课题背景及意义
伴随着世界经济的不断发展，资源和½源问题日趋尖锐，而海洋里蕴含着丰
富的石油及稀有金属等无数的其他资源，因此海洋就逐渐成为了各½争夺的领域【２½。
人们开始逐渐把重心移向海洋资源开发、海洋石油开采、海底勘探、海底矿物质
采集等多种海洋工程活动。
然而船舶在进行海面及海底½业时，避免不了会受到风、海浪以及海流等海
洋环境的干扰，进而½其偏离目标½½给船舶½业带来了极大的困难。传统的锚
泊系统在抛锚和起锚时费力，机动性½差，½船舶在深海½业时，锚泊系统的抓
底力会大大减小，而且其锚链强度和长度½要增加，进而导致重量剧增。这些问
题就导致了船舶布链½业变得复杂，系统的造价费用剧增，½船舶定½功½还是
不够理想，达不到预定要求。在此种困境下，船舶动力定½技术应运而生，解决
了在深海域船舶的定½问题。
所谓动力定½系统（Ｄ½½½½½½
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Ｓ½½½½½，即ＤＰＳ）是指船舶在不借助锚泊
系统的½用下，通过测量系统不断检测船舶的实际½½与目标½½之间的偏差，
再根据风、浪、流等海洋环境干扰的½响计算出½船舶恢复到目标½½所需推力
和力矩的大小，并对安装在船舶上的各推力器进行推力分配，进而½其产生相应
的推力和推力矩来抵抗外乔环境干扰，½船舶保持在海面上某设定的目标½½［６，７１，
以完成海面½业。这样的一种闭环控制系统即为船舶动力定½系统。
与传统锚泊系统相比，动力定½系统具有定½成本不会随着水深的增加而增
加的优点，而且机动性强、定½精度高、操纵简单。近年随着船舶与海洋工程的
不断发展，动力定½系统也广泛地应用到各类海面½业船舶。例如救助船、钻井
平台、采矿船、海洋考察船、海底管道和电缆铺设的工½船等等，它们在进行海
面及½水½业时½需要用到动力定½系统，也就是按照预定的目的、预定½½对
船舶进行精确定½控制。
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