文献综述
1.课题研究现状
当自由的船舶或者海洋平台漂浮在海上时，要受到来自风、海流和波浪等环境因素所产生的力和力矩的作用，致使船舶或平台产生平移和艏向的改变[1]。如果这些船舶或平台需要定位在海面上的某一个固定的位置，那么船舶就必须能够依靠自身的动力相应地产生反力与反力矩来抵抗这些变化[1,4]。使船舶保持在以大地坐标系为参考的某一个固定的位置上，并且保持一定的艏向，即定点控制，或者使船舶在作业的过程中，以特定的速度，沿着一条事先给出的大地坐标系下的轨迹并且保持船舶的艏向以满足作业的要求，航行直到终点，即循迹控制。动力定位技术集现代控制理论、通讯技术、船舶流体力学、船舶结构设计、计算机技术、人工智能以及现代推进技术于一体，是一门跨学科的高新技术[5]。
对动力定位系统的研究，国外进行得比较早。自上个世纪60 年代，动力定位系统在商业中就已经得到应用，多应用于钻探、铺设海底电缆以及对水下作业进行支援。第一代动力定位船舶，这其中以著名的“洛洛马挑战者号”为代表，采用的是经典控制即PID 控制器，只对风力作前馈，在PID 控制器的基础上再级联低通或陷波滤波器。可以说在早期的动力定位应用中PID 控制器取得了相当大的成功。船舶动力定位系统重要发展于上世纪七十年代中期，出现了第二代动力定位船舶。其中比较具有代表性的船舶是71年下水的“赛德克445 号”[7]。这一代动力定位系统最突出的特点是应用了线性最优控制和Kalman 滤波技术。九十年代开始，计算机性能出现了巨大的进步，使得动力定位系统中能够应用更先进的控制策略。在这样的背景下，动力定位系统有了新的进展，出现了多种新的控制方法，如引入了H无穷滤波技术，目的是使动力定位系统的控制能够更好的处理船舶动态模型中固有的非线性特性，使控制趋向于智能化、自适应，不依赖于数学模型的准确性和传感器对环境要素的精确测量。目前国内也已开始了这方面的研究，主要集中在神经网络、模糊控制、遗传算法、CMAC18等方面，并配合Kalman或者H无穷滤波器组成动力定位系统。然而，船舶动力定位系统存在大量非线性因素，这些非线性成为严重限制动力定位控制系统静态和动态性能的关键因素。因此需要研究非线性的控制方法以解决系统中存在的非线性及不确定问题，并有效地应用到船舶动力定位系统当中[7,9]。
2.课题发展趋势
随着人类向深海进军,动力定位系统（dynamicposition-ing），DP越来越广泛地应用于海上作业、船舶海洋考察船、半潜船等海上平台（海洋钻井平台）、水下潜器（ROV）和军用舰船（布雷舰、潜艇母船）等[11]。它一般由位置测量系统、控制系统、推力系统三部分构成。位置测量系统（传感器）测量当前船位,控制器根据测量船位与期望值的偏差,计算出抗拒环境干扰力（风、流、浪）使船舶恢复到期望位置所需的推力。推力系统进行能量管理并对各推力器的推力进行分配,推力器产生的推力使船舶平台在风流浪的干扰下保持设定的肮向和船位。动力定位系统的核心是控制技术，它标志着动力定位系统的发展水平[13]。动力定位控制技术的发展：计算机技术、传感器和推进技术的发展,无疑给动力定位系统带来了巨大的进步,但是真正代表动力定位技术发展水平的还是控制技术的发展。至今动力定位控制技术已经经历了三代,其特点分别是经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论在动力定位控制技术中的应用，对应的是第一、二、三代动力定位产品[15]。
进入九十年代以后，智能控制方法在动力定位系统获得广泛应用，逐步形成了第三代动力定位系统。Katebi等在1997年，Donha和T:muri在2001年研究了基于鲁棒控制的控制器，1998年ThorI.Fossen做了全比例实验，采用李亚普洛夫设计被动非线性观测器。非线性随机过程控制方法的应用以及欠驱动控制逐渐成为研究的热点。神经网络、模糊控制、遗传算法等理论给动力定位系统控制器的研究开辟了一片新的天地[18]。
模糊控制的推理方式在一定程度上采用了人工智能，是一种处理不确定性、非线性和其它不适定问题的有力工具。鉴于船舶动力定位的特点，可以有效地运用模糊控制技术，Inoue 最初在单点系泊中结合了模糊控制动力定位给出了基本的模型，用位置及位置偏差作为控制器的输入量,推进器的力作为输出量。然而,由于控制策略是预先确定的，当环境条件发生变化时，控制效果将变差[14,18]。对模糊控制的仿真研究方法是由测量设备测量出位置坐标，经过A/ D转换为数字信号输入计算机，经处理得到地球坐标系的坐标，选定采样周期就可以计算船舶的瞬时速度值，将位置和速度的偏差模糊化，作为输入量,经过模糊推理得到模糊输出量，清晰化然后D/ A转换得到输出模拟量，驱动螺旋桨工作[19]。
3.课题研究意义与价值
随着科学技术的不断发展，为了获取更多的食物，采集更多的石油、稀有金属等资源，人类的生活空间已经从陆地扩展到了海洋。近些年来，由于科学技术的发展及生活和能源的需要，人们日益重视海洋的开发，进行海底勘探、海洋石油开发、海底矿物质采集等各式各样的海洋工程活动。而海洋的开发离不开船舶或海洋平台，所以船舶导航、推进和控制系统是船舶及海洋平台正常使用的必要条件。对于传统工程船舶而言，船舶的限位方法是利用锚、缆等设备对船舶进行定位控制。对于水深较浅的海域，锚泊定位易于实现并被广泛使用，而锚系布置、施工时间就大大增加了，施工周期延长，对施工效率不利[20]。
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