基于约束非线性模型预测控制的船舶绿色动力定位研究

项目名称： 基于约束非线性模型预测控制的船舶绿色动力定位研究

项目编号： No.51209056

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 水利科学与海洋工程学科

项目作者： 王元慧

作者单位： 哈尔滨工程大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 作为一种复杂的、先进的船舶控制技术，动力定位（Dynamic Positioning,DP）系统已成为船用自动化系统最重要系统之一和海上作业船必不可少的支持系统。针对船舶动力定位控制系统中存在的随机干扰以及模型参数的不确定性，应用无迹卡尔曼滤波方法对状态和不确定参数进行联合估计，并结合解析模型预测控制技术，设计对随机干扰和不确定参数具有鲁棒性能的船舶自适应动力定位控制算法，解决具有约束的非线性模型预测控制问题。研究包括：建立动力定位船舶操纵性和耐波性统一数学模型、非线性估计滤波器的设计、环境最优艏向控制器的设计、约束非线性模型预测区域控制器的设计等多个环节，最终将非线性控制理论、先进控制技术、约束控制技术与动力定位系统的有机结合，设计出节能减排的绿色动力定位系统。在满足作业需求精确定位的同时，达到减少燃料消耗和有害气体排放的目的，最终通过仿真验证该技术的可行性和有效性。

中文关键词： 动力定位；节能减排；非线性模型预测控制；环境最优艏向控制；约束控制

英文摘要： As a complex, advanced ship control technology, Dynamic Positioning system has become an essential support system of one of the key system of marine automation systems and offshore ship.Considering the stochastic disturbances and model uncertainty of the DP system, it uses the Unscented Kalman Filter and analytic model control technology to design a rubust and self-adaptive method to solve the constrained nolinear model precdictive problem. This research will include the establishment of a mathematical model of the ship dynamic positioning system, the nonlinear estimation filter design, the design of the weather optimal heading controller, nonlinear model predictive controller,and so on, which will ultimately combine the non-linear the control theory, advanced control technology, constrained control and dynamic positioning systems together and design an energy saving green dynamic positioning system.It realizes precise positioning for meeting the offshore operational needs and achieve the purpose of reducing fuel consumption and carbon dioxide emissions.Finally, simulation experenments will be carried out to validate the feasibility and validity of the technology in this research.

英文关键词： Dynamic positioning；Energy-saving emission reduction；Nonlinear model predictive control；Weather optimal heading control；Constrained control