基于FAL函数滤波的动力定位自抗扰控制器设计

郭亮琨 杨宣访 王家林

摘 要：针对动力定位系统数学模型不够精确，而且具有很强的非线性特性问题，采用自抗扰控制算法设计其控制器。该控制算法无需精确的数学模型，主要利用扩张状态观测器估计船舶运动位置、速度和总扰动，最后通过反馈控制对其进行补偿，从而实现船舶动力定位的精确控制。但实际工程中，船舶的测量系统的测量噪声是难以避免的，为了避免测量噪声的影响，针对所设计的扩张状态观测器采用FAL函数滤波器，在测量信号进入扩张状态观测器之前进行滤波，以减小测量噪声的影响。从而使得其反馈控制更加精确。最后以一艘供给船为例进行仿真分析，验证了所设计非线性控制器的有效性和鲁棒性。

关键词：船舶动力定位;自抗扰控制器;FAL函数滤波

中图分类号：TP273      文献标识码：A

动力定位（Dynamic Positioning，DP）是指船舶不借助锚泊，而是通过自身安装的推进器来抵抗风、浪、流等环境干扰的影响，实现其在海面上固定位置或预期航迹的保持[1]。动力定位系统主要由测量系统、控制系统、推进器系统三部分组成，其中控制系统是整个系统的核心部分。第一代动力定位系统采用“低通/陷波滤波算法+PID控制[2]”，因为快速性和超调难以协调等不足逐渐被取代。第二代采用“Kalman滤波器+最优控制”，但此控制算法依赖于数学模型的精度，且缺乏鲁棒性[3]。近年来出现的第三代动力定位系统采用了“非线性状态估计+智能控制”，主要体现在鲁棒控制、模糊控制、神经网络控制等控制方法。……