船舶動力定位系統原理（簡體書）

徐海祥、馮輝編*的《船舶動力定位系統原理》系統全面地論述了船舶動力定位系統的原理及其關鍵技術。全書一共分為6辛，**章概述了船舶動力定位系統的定義、發展歷程及工作原理。第2章詳細介紹了船舶動力定位系統的數學模型，包括船舶動力學和運動學模型，以及包括風、浪、流在內的環境力計算模型。第3章介紹了傳感器系統，并側重介紹了包括卡爾曼濾波、非線性無源濾波、H∞濾波和漸消記憶濾波在內的狀態估計方法，在此基礎上對各種濾波算法的參數設置及性能進行了實驗仿真研究。第4章介紹了船舶動力定位控制系統，包括傳統PID控制、LQ 控制、智能模糊控制等，并對其控制性能進行了實驗仿真與結果分析。第5章從推進器模型出發，介紹了推力分配系統中的推力損失機理及計算方法、推力分配原理及方法，并對推力分配方法進行了實驗仿真。
第6章介紹了船舶動力定位能力分析相關的知識，并進行了具體的案例分析。
本書是在總結船舶動力定位領域國內外*新的* 作和科研成果的基礎上，結合作者及所在科研團隊多年積累的豐富教學、科研及項目開發經驗，傾心撰寫的具有較高參考意義和價值的*作。本書可以作為船舶與海洋工程專業在校本科生或研究生的教學參考書，也可供從事船舶與海洋工程領域的科研人員、工程技術人員使用，同樣適用于對船舶動力定位技術感興趣的其他專業技術人員。

第1章 緒論 1.1 船舶動力定位系統的定義 1.2 船舶動力定位系統的發展歷程 1.2.1 船舶動力定位系統的由來 1.2.2 船舶動力定位系統的發展 1.3 船舶動力定位系統的介紹 1.3.1 船舶動力定位系統的組成 1.3.2 船舶動力定位系統的功能 1.3.3 船舶動力定位系統的工作原理 1.4 船舶動力定位系統的分級 1.4.1 船級符號 1.4.2 設備的配置 參考文獻第2章 數學模型 2.1 船舶運動數學模型 2.1.1 坐標系及其轉換關系 2.1.2 船舶六自由度數學模型 2.1.3 船舶平面運動線性數學模型 2.1.4 風浪中的船舶操縱運動數學模型 2.2 環境力模型 2.2.1 環境載荷方向角的定義 2.2.2 風載荷模型 2.2.3 流載荷模型 2.2.4 波浪載荷模型 參考文獻第3章 傳感器系統及狀態估計 3.1 傳感器系統 3.1.1 常用傳感器介紹 3.1.2 傳感器數據預處理與數據融合 3.2 狀態估計原理 3.2.1 概述 3.2.2 狀態估計的研究現狀 3.3 狀態估計中的船舶數學模型 3.3.1 環境力模型 3.3.2 低頻運動數學模型 3.3.3 高頻運動數學模型 3.3.4 測量模型 3.3.5 非線性運動數學模型 3.3.6 非線性運動模型狀態空間形式 3.4 卡爾曼濾波 3.4.1 卡爾曼濾波原理 3.4.2 卡爾曼濾波器設計 3.5 自適應濾波 3.5.1 漸消記憶濾波 3.5.2 H∞魯棒濾波 3.6 非線性無源濾波 3.6.1 數學模型 3.6.2 狀態估計方程 3.6.3 誤差動態特性方程 3.6.4 增益矩陣 3.7 仿真實例與結果分析 3.7.1 仿真實驗方案 3.7.2 仿真結果與分析 參考文獻第4章 動力定位控制 4.1 PID控制算法 4.1.1 PID控制原理 4.1.2 數字PID控制算法 4.2 線性二次型(LQ)優控制算法 4.2.1 優控制原理 4.2.2 LQ控制器設計 4.3 反步積分控制算法 4.3.1 反步積分理論基礎 4.3.2 反步積分控制器設計 4.4 模糊控制算法 4.4.1 模糊控制系統的基本結構 4.4.2 模糊控制器設計 4.5 變海況下的混合切換控制器設計 4.5.1 海況等級劃分 4.5.2 混合切換控制系統 4.6 仿真實例與結果分析 4.6.1 PID控制器仿真與分析 4.6.2 LQ控制器仿真與分析 4.6.3 反步積分控制器仿真與分析 4.6.4 模糊控制器仿真與分析 4.6.5 變海況下的混合切換控制器仿真與分析 參考文獻第5章 推力優化分配 5.1 推進器模型 5.1.1 主推進器 5.1.2 槽道推進器 5.1.3 全回轉推進器 5.1.4 吊艙推進器 5.2 推力損失 5.2.1 軸向流引起的推力損失 5.2.2 主推和全回轉推進器橫向流引起的推力損失 5.2.3 側推橫向流引起的推力損失 5.2.4 波浪引起的推力損失 5.2.5 推進器一船體干擾引起的推力損失 5.2.6 側推進口形狀、格柵及槽道引起的推力損失 5.2.7 推進器一推進器之間的干擾引起的推力損失 5.2.8 降低推力損失的措施 5.3 推力優化分配模型 5.3.1 等式約束 5.3.2 不等式約束 5.3.3 目標函數 5.4 推力優化分配問題求解 5.4.1 廣義逆法 5.4.2 增廣拉格朗日乘子法 5.4.3 線性二次規劃法 5.5 推力分配策略 5.5.1 快速轉向推進器的應用 5.5.2 偏值 5.6 仿真實例與結果分析 5.6.1 常規推進器仿真與分析 5.6.2 快速轉向推進器仿真與分析 5.6.3 基于二次推力分配的偏值方法仿真與分析 參考文獻第6章 動力定位能力分析 6.1 動力定位能力曲線的描述 6.2 動力定位能力曲線的計算 6.2.1 環境載荷計算 6.2.2 推進器推力分配 6.2.3 動力定位能力曲線的計算與分析 參考文獻