船舶动力定位非线性模型预测控制研究的开题报告.docx

船舶动力定位非线性模型预测控制研究的开题报告
一、选题依据
随着经济全球化和海洋开发日益深入，船舶动力定位技术在海上工程、海洋科学和军事领域中的应用越来越重要。船舶动力定位是指通过给船舶提供一定的动力和控制使船舶维持稳定的位置和朝向，可以用于钻井平台、海洋科学观测、海洋石油开发、海洋风电等应用。船舶动力定位系统必须能够应对海洋环境的变化，精确、快速地控制船舶运动，以达到所需的位置和稳定性。
船舶动力定位系统的核心是动力定位控制技术，该技术能够根据环境和船舶特性，通过控制主发动机、螺旋桨、舵等装置，实现精确而稳定的定位控制。然而，现有的船舶动力定位控制方法对于非线性系统的控制存在一定困难，如何建立适用于非线性系统的数学模型及其控制算法是目前亟需解决的问题。
本文拟研究船舶动力定位非线性模型预测控制技术，以解决现有技术在非线性系统控制方面存在的问题，提高船舶动力定位控制的精度及鲁棒性。
二、研究内容及技术路线
（一）研究内容
1.分析船舶动力定位系统的工作原理和动力学模型，对定位控制过程建立相应的非线性状态空间模型。
2.构建基于非线性模型预测的动力定位控制算法，实现对船舶运动状态和环境变化的精确预测，并实时调整控制策略。
3.在Matlab/Simulink平台上搭建船舶动力定位非线性模型预测控制仿真系统，验证控制算法的有效性和鲁棒性。
（二）技术路线
1.参考现有的船舶动力学和自适应控制理论，分析船舶动力定位系统的控制特点和非线性特性，建立船舶非线性状态空间模型。
2.设计基于非线性模型预测的动力定位控制算法，采用离线预测和在线实时调整的方式，实现对船舶动态运动过程的控制。
3.在Matlab/Simulink平台上建立控制仿真系统，使用不同的船舶参数和环境变化条件进行验证，分析控制算法对控制精度和鲁棒性的影响。
三、研究意义和创新点
本文研究的船舶动力定位非线性模型预测控制技术，对于提高船舶动力定位控制精度和鲁棒性具有重要意义：
（一）对提高船舶动力定位控制精度具有重要意义。船舶动力定位系统需要精确地控制船舶运动，以满足不同应用环境中的定位要求。非线性模型预测控制技术的使用可以提高控制精度，以满足不同应用中的实时定位和精度要求。
（二）对提高船舶动力定位控制鲁棒性具有重要意义。现有的船舶动力定位控制方法在面对复杂的非线性环境时鲁棒性较差，容易引起系统不稳定性。采用非线性模型预测控制技术可以解决这一问题，提高控制算法的鲁棒性和适应性。
本文的创新点在于：
（一）提出基于非线性模型预测的动力定位控制算法，能够适应不同的船舶特性及海洋环境变化。
（二）建立了适用于船舶动力定位非线性模型预测控制的状态空间模型，提高了控制精度和鲁棒性。
四、预期研究结果
通过研究船舶动力定位非线性模型预测控制技术，本文预期实现以下研究成果：
1.设计基于非线性模型预测的动力定位控制算法，提高控制精度和鲁棒性。
2.建立适用于船舶动力定位非线性模型预测控制的状态空间模型，满足不同船舶特性和海洋环境变化下的控制要求。
3.在Matlab/Simulink平台上搭建船舶动力定位非线性模型预测控制仿真系统，进行仿真模拟和应用验证，验证控制算法的有效性和鲁棒性。
五、参考文献
[1]赵晓兵.基于多代理的船舶动力定位协同控制技术研究[D].天津大学,2016.
[2]刘炜煜.基于混合系统的船舶动力定位控制研究[D].大连理工大学,2019.
[3]WuL,ZhouT,LiJ,etal.Prediction-basedobserverdesignfortrackingcontrolofmarinevessels[M].Springer,Singapore,2019.
[4]李旭.基于自适应线性化控制的船舶动力定位控制技术研究[D].西南交通大学,2013.