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第1章 绪论 1

1.1 船舶动力定位系统的定义 1

1.2 船舶动力定位系统的发展历程 1

1.2.1 船舶动力定位系统的由来 1

1.2.2 船舶动力定位系统的发展 3

1.3 船舶动力定位系统的介绍 6

1.3.1 船舶动力定位系统的组成 6

1.3.2 船舶动力定位系统的功能 8

1.3.3 船舶动力定位系统的工作原理 8

1.4 船舶动力定位系统的分级 10

1.4.1 船级符号 10

1.4.2 设备的配置 12

参考文献 13

第2章 数学模型 15

2.1 船舶运动数学模型 15

2.1.1 坐标系及其转换关系 15

2.1.2 船舶六自由度数学模型 17

2.1.3 船舶平面运动线性数学模型 29

2.1.4 风浪中的船舶操纵运动数学模型 31

2.2 环境力模型 32

2.2.1 环境载荷方向角的定义 33

2.2.2 风载荷模型 33

2.2.3 流载荷模型 36

2.2.4 波浪载荷模型 38

参考文献 40

第3章 传感器系统及状态估计 42

3.1 传感器系统 42

3.1.1 常用传感器介绍 42

3.1.2 传感器数据预处理与数据融合 50

3.2 状态估计原理 60

3.2.1 概述 60

3.2.2 状态估计的研究现状 61

3.3 状态估计中的船舶数学模型 63

3.3.1 环境力模型 63

3.3.2 低频运动数学模型 63

3.3.3 高频运动数学模型 63

3.3.4 测量模型 64

3.3.5 非线性运动数学模型 64

3.3.6 非线性运动模型状态空间形式 65

3.4 卡尔曼滤波 65

3.4.1 卡尔曼滤波原理 66

3.4.2 卡尔曼滤波器设计 68

3.5 自适应滤波 70

3.5.1 渐消记忆滤波 70

3.5.2 H∞鲁棒滤波 72

3.6 非线性无源滤波 74

3.6.1 数学模型 74

3.6.2 状态估计方程 75

3.6.3 误差动态特性方程 76

3.6.4 增益矩阵 77

3.7 仿真实例与结果分析 78

3.7.1 仿真实验方案 78

3.7.2 仿真结果与分析 79

参考文献 96

第4章 动力定位控制 99

4.1 PID控制算法 99

4.1.1 PID控制原理 99

4.1.2 数字PID控制算法 100

4.2 线性二次型（LQ）最优控制算法 102

4.2.1 最优控制原理 102

4.2.2 LQ控制器设计 104

4.3 反步积分控制算法 105

4.3.1 反步积分理论基础 105

4.3.2 反步积分控制器设计 107

4.4 模糊控制算法 110

4.4.1 模糊控制系统的基本结构 110

4.4.2 模糊控制器设计 111

4.5 变海况下的混合切换控制器设计 114

4.5.1 海况等级划分 114

4.5.2 混合切换控制系统 115

4.6 仿真实例与结果分析 118

4.6.1 PID控制器仿真与分析 118

4.6.2 LQ控制器仿真与分析 120

4.6.3 反步积分控制器仿真与分析 123

4.6.4 模糊控制器仿真与分析 124

4.6.5 变海况下的混合切换控制器仿真与分析 125

参考文献 134

第5章 推力优化分配 137

5.1 推进器模型 137

5.1.1 主推进器 138

5.1.2 槽道推进器 138

5.1.3 全回转推进器 139

5.1.4 吊舱推进器 139

5.2 推力损失 140

5.2.1 轴向流引起的推力损失 140

5.2.2 主推和全回转推进器横向流引起的推力损失 141

5.2.3 侧推横向流引起的推力损失 141

5.2.4 波浪引起的推力损失 142

5.2.5 推进器-船体干扰引起的推力损失 142

5.2.6 侧推进口形状、格栅及槽道引起的推力损失 143

5.2.7 推进器-推进器之间的干扰引起的推力损失 144

5.2.8 降低推力损失的措施 145

5.3 推力优化分配模型 146

5.3.1 等式约束 146

5.3.2 不等式约束 148

5.3.3 目标函数 150

5.4 推力优化分配问题求解 152

5.4.1 广义逆法 152

5.4.2 增广拉格朗日乘子法 154

5.4.3 线性二次规划法 156

5.5 推力分配策略 158

5.5.1 快速转向推进器的应用 158

5.5.2 偏值 161

5.6 仿真实例与结果分析 164

5.6.1 常规推进器仿真与分析 164

5.6.2 快速转向推进器仿真与分析 171

5.6.3 基于二次推力分配的偏值方法仿真与分析 175

参考文献 180

第6章 动力定位能力分析 183

6.1 动力定位能力曲线的描述 183

6.2 动力定位能力曲线的计算 184

6.2.1 环境载荷计算 184

6.2.2 推进器推力分配 187

6.2.3 动力定位能力曲线的计算与分析 188

参考文献 194