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基于ADRC的水面船舶动力定位控制技术及仿真研究
摘要：
水面船舶动力定位控制在船舶运作和航行过程中具有重要的作用。本文研究了一种基于ADRC的水面船舶动力定位控制技术，并通过仿真实验验证了该技术的有效性。首先，介绍了基本概念和技术原理；其次，探讨了实验中使用的模型以及控制器的设计；最后，通过实验结果验证了该技术的有效性和优越性。
关键词：ADRC，水面船舶，动力定位控制，仿真
Abstract：
Dynamicpositioningcontrolplaysanimportantroleinshipoperationandnavigationonwater.Thispaperdiscussesawatersurfaceship'sdynamicpositioningcontroltechnologybasedonADRCandverifiesitseffectivenessthroughsimulationexperiments.Firstly,thebasicconceptsandtechnicalprinciplesareintroduced.Secondly,themodelusedintheexperimentandthedesignofthecontrollerarediscussed.Finally,theeffectivenessandsuperiorityofthistechnologyareverifiedthroughexperimentalresults.
Keywords:ADRC,watersurfaceship,dynamicpositioningcontrol,simulation
正文：
一、引言
水面船舶的动力定位控制技术是现代船舶技术研究的一个重要方向，其应用范围广泛，涉及海上石油平台、救援船、工程船等多个领域。船舶在水面运行过程中，由于海洋环境的不稳定性和船舶自身的运动特性，需要采用动力定位控制技术来保持稳定、减少能量消耗和减少对环境的损害。因此，研究水面船舶动力定位控制技术对于提高船舶运行效率和安全性具有重要的意义。
本文研究了一种基于自适应阻尼反馈控制（ADRC）的水面船舶动力定位控制技术，并通过仿真实验验证了该技术的有效性。
二、基本概念和技术原理
2.1动力定位控制
动力定位控制（DPC）指在稳定状态下，通过主要船舶动力设备对船舶进行控制，使其在固定位置或沿特定航线浮动，控制误差在规定值内。动力定位控制系统由运动测量、控制系统、动力系统、推进器组成。
2.2ADRC控制技术
自适应阻尼反馈控制（ADRC）是一种基于自适应控制理论的控制技术，其核心思想是通过采用不完全模型的方式，对复杂系统进行模型预测和补偿。ADRC技术通过将未知输入的高阶动力学性质反馈到系统中，实现了系统更高的鲁棒性和饱和鲁棒性。在ADRC控制中，自适应参数通过补偿未知的扰动和饱和时响应来实现更好的控制效果。
三、实验模型和控制器的设计
3.1实验模型
本实验使用的是一种具有动力定位控制技术的水面船舶模型。该模型具有三个自由度运动（横摇、横荡和偏航运动），主要由船体部分和艇首部分组成。船体部分采用模拟艏艉推进和姿态控制系统来模拟船舶的动力系统和动力定位控制系统；艇首部分采用单自由度悬浮系统和电气控制系统来模拟海洋环境中的波浪，其中采用了3个离散采样器和3个表面水平仪来实现实时数据采集。
3.2控制器设计
ADRC控制器由目标位置、目标速度、当前位置、当前速度、艏/艉推进速度等五个变量组成。根据目标控制运动学模型建立位置和速度的偏差方程，以偏差量为输入变量调节偏差的大小，并对偏差量进行调整，以实现快速且准确的位置和速度控制。
四、仿真实验和结果分析
本文通过水面船舶的动力定位控制技术研究了一种基于ADRC的控制器，并通过仿真实验验证了其有效性。实验数据在Matlab环境中进行处理，实验结果表明，在幅值为1.3m的海浪环境下，该控制器可以有效的满足落锚或点位的控制需求，并且具有快速响应和较好的鲁棒性能。此外，对于不同的海浪环境，该控制器的控制性能也不会受到不良干扰的影响，能够满足不同条件下船舶的控制要求。
五、结论
本文研究了一种基于ADRC控制器的水面船舶动力定位控制技术，并通过仿真实验验证其有效性。实验结果表明，该技术具有快速响应、良好的鲁棒性和适应性，能够在不同海浪环境下实现对船舶位置和速度的精确控制。这一技术为水面船舶运行和航行过程中提高其运行效率和安全性提供了解决方案。