起重船动力定位系统滤波方法研究(附件)【字数：26867】
船舶动力定位系统是指不借助锚泊系统，而利用自身推进装置有效地产生反作用力和力矩去抵抗风浪流和其它外力对船舶的作用，使船舶保持在设定位置和艏向，与传统的锚泊系统相比，有不受水深限制、机动性能好、定位精确等特点。为了剔除船舶运动中的高频噪声信号和低频运动状态预测估计，减少推进系统的磨损和损耗，本文针对起重船动力定位系统，对动力定位系统滤波与状态估计方法进行了研究。首先，在建船体坐标系和大地坐标系的基础上，建船舶低频运动模型、高频运动模型、环境力模型、测量模型和总体模型，为滤波器设计提供了模型。然后，针对动力定位系统常用滤波技术，介绍了低通滤波技术、卡尔曼滤波器和扩展卡尔曼滤波器，为起重船动力定理系统滤波的设计和仿真提供了基础。其次，分别采用上述三种滤波器，针对起重船动力定位系统进行了仿真研究，分析了低通滤波器在动力定位系统中的时滞特性；针对动力定位系统线性模型，设计了纵向、横向和艏摇三个方向设计了卡尔曼滤波器，通过仿真分析得到在模型误差较小时滤波效果较好；最后针对动力定位系统非线性模型，设计了动力定位系统扩展卡尔曼滤波器，通过仿真对比，该方法能有效克服卡尔曼滤波器的缺陷，得到期望的效果，对实际工程应用有一定的参考价值。关键词起重船动力定位系统；滤波；卡尔曼滤波器；扩展卡尔曼滤波器
目录
第一章 绪论1
1.1 选题的目的和意义1
1.2 国内外研究的现状及存在的问题1
1.2.1 动力定位国内外研究的现状及存在的问题1
1.3 本文主要研究工作4第二章 起重船动力定位系统数学模型5
2.1 起重船船舶运动建模基本思想5
2.2 低频运动数学模型7
2.3 高频运动数学模型9
2.4 环境力数学模型11
2.5 测量模型12
2.6 系统总模型12
第三章 起重船动力定位系统滤波技术13
3.1 数据预处理技术14
3.2 低通滤波技术15
3.2.1 一阶低通滤波器的设计15
3.2.2 高阶低通滤波器的设计16
3.3 Kalman滤波技术17
3.3.1 Kalman滤波基本方程17
3.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
.2 Kalman滤波稳定性的判别21
3.3.3 Kalman滤波的误差分析22
3.3.4 Kalman滤波器设计22
3.4 扩展Kalman滤波技术24
3.4.1 扩展Kalman滤波原理24
3.4.2 扩展kalman的滤波方程26
第四章 起重船动力定位系统滤波器的设计及仿真28
4.1 起重船动力定位系统低通滤波器设计及仿真29
4.2 起重船动力定位系统Kalman滤波器设计及仿真32
4.3 起重船动力定位系统扩展Kalman滤波器设计及仿真35
结语40
致谢41
参考文献42
第一章 绪论
1.1选题的目的和意义
由于科技技术的发展以及能源和生活资源的需要，人们由此更加重视海洋开发。动力定位(Dynamic Positioning,简称DP)海上作业广泛的应用与动力定位，通过测量位置发出反力指令，使船舶保持在所需位置附近，在水位上升时，定位的成本不会跟着上升而增长，机动性很强，操作方便，定位精度高，不破坏海床等优点。近年来海洋中，远海、深海扩展的开发的趋势不断提高，在海洋开发中，海上作业时已经越来越离不开动力定位技术，体现了其现实意义，已受到业界广泛关注。 然而，深海地区作业的时候不稳定性和高风险性对动力定位系统的机能和稳定性要求作出了新的提升，结果它的结构将会变得复杂，会更加麻烦，因为在海底结构物复杂的情况下，影响运动。所以在动力定位研究中需要建立一个仿真调试平台来改变这一现状。从而预估整个动力定位系统的性能。利用仿真系统可以实现动力定位的动态模拟，对实际控制系统的软件逻辑，特别是先进的滤波方法、控制算法以及推力分配策略等进行有效的调试和验证。
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第一章 绪论1
1.1 选题的目的和意义1
1.2 国内外研究的现状及存在的问题1
1.2.1 动力定位国内外研究的现状及存在的问题1
1.3 本文主要研究工作4第二章 起重船动力定位系统数学模型5
2.1 起重船船舶运动建模基本思想5
2.2 低频运动数学模型7
2.3 高频运动数学模型9
2.4 环境力数学模型11
2.5 测量模型12
2.6 系统总模型12
第三章 起重船动力定位系统滤波技术13
3.1 数据预处理技术14
3.2 低通滤波技术15
3.2.1 一阶低通滤波器的设计15
3.2.2 高阶低通滤波器的设计16
3.3 Kalman滤波技术17
3.3.1 Kalman滤波基本方程17
3.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
.2 Kalman滤波稳定性的判别21
3.3.3 Kalman滤波的误差分析22
3.3.4 Kalman滤波器设计22
3.4 扩展Kalman滤波技术24
3.4.1 扩展Kalman滤波原理24
3.4.2 扩展kalman的滤波方程26
第四章 起重船动力定位系统滤波器的设计及仿真28
4.1 起重船动力定位系统低通滤波器设计及仿真29
4.2 起重船动力定位系统Kalman滤波器设计及仿真32
4.3 起重船动力定位系统扩展Kalman滤波器设计及仿真35
结语40
致谢41
参考文献42
第一章 绪论
1.1选题的目的和意义
由于科技技术的发展以及能源和生活资源的需要，人们由此更加重视海洋开发。动力定位(Dynamic Positioning,简称DP)海上作业广泛的应用与动力定位，通过测量位置发出反力指令，使船舶保持在所需位置附近，在水位上升时，定位的成本不会跟着上升而增长，机动性很强，操作方便，定位精度高，不破坏海床等优点。近年来海洋中，远海、深海扩展的开发的趋势不断提高，在海洋开发中，海上作业时已经越来越离不开动力定位技术，体现了其现实意义，已受到业界广泛关注。 然而，深海地区作业的时候不稳定性和高风险性对动力定位系统的机能和稳定性要求作出了新的提升，结果它的结构将会变得复杂，会更加麻烦，因为在海底结构物复杂的情况下，影响运动。所以在动力定位研究中需要建立一个仿真调试平台来改变这一现状。从而预估整个动力定位系统的性能。利用仿真系统可以实现动力定位的动态模拟，对实际控制系统的软件逻辑，特别是先进的滤波方法、控制算法以及推力分配策略等进行有效的调试和验证。
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