1、隨著我國“海洋強國夢”戰(zhàn)略構(gòu)想的提出，對深海油氣資源的探索與開發(fā)重新被定義到了新的高度，與此同時，船舶與海洋工程技術(shù)逐漸成為相關(guān)領(lǐng)域科研人員的研究熱點。動力定位技術(shù)作為一種無源定位技術(shù)以其良好的機動性、可靠性以及不受作業(yè)水深的限制等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于各種海洋工程作業(yè)中。船舶動力定位系統(tǒng)是指船舶可以通過計算機控制系統(tǒng)產(chǎn)生合理的控制指令并依靠自身的推進器系統(tǒng)使船舶保持期望位置及艏向，鋪管船在進行管道鋪設(shè)作業(yè)時，需緩慢沿預(yù)定規(guī)劃路徑精確循跡，因

2、此，鋪管船的鋪管作業(yè)過程必須在動力定位系統(tǒng)的協(xié)同配合下完成。本文在前人的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)工程實際，在理論層面上對S型鋪管船的建模、估計器的設(shè)計以及船舶動力定位系統(tǒng)控制理論進行了詳細研究。
　　本文首先建立了水平面三自由度鋪管船運動學(xué)與動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，以及包括風(fēng)、浪、流在內(nèi)的海洋環(huán)境模型，在此基礎(chǔ)上，給出了鋪管船進行管道鋪設(shè)作業(yè)的仿真船型，并對該模型的正確性進行了仿真驗證。針對S型鋪管船管道鋪設(shè)作業(yè)的特點，提出了一種能夠在保持水

3、下管道關(guān)節(jié)間作用力平衡的前提下可實時反映出管道形態(tài)動態(tài)變化的機械臂管道建模方法，建模過程中，管道及鋪管船被視為一個系統(tǒng)，并用最少的坐標(biāo)系通過機械臂方程的形式將系統(tǒng)描述出來，由此，基于機械臂的控制方法以及穩(wěn)定性分析思想可以直接應(yīng)用到控制系統(tǒng)中，然后設(shè)計了一種能夠保證系統(tǒng)無源性以及穩(wěn)定性的無源PD控制器。精準(zhǔn)的狀態(tài)估計器是鋪管船良好控制系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)，針對鋪管船模型中存在的參數(shù)不確定性情況，提出了一種非線性無源估計器，該估計器不僅可以準(zhǔn)確估

4、計出未知環(huán)境干擾對鋪管船的作用力，而且可以自含有測量噪聲的測量值中精確觀測出鋪管船的低頻位姿、速度等信息。文中對所設(shè)計估計器的速度估計誤差回路進行了無源性分析，并利用 Lyapunov穩(wěn)定性理論進行了穩(wěn)定性分析，最后，仿真結(jié)果證明了本文所設(shè)計估計器在解決由非線性水動力系數(shù)引起的不確定性問題以及估計船舶低頻位姿和速度上的有效性，同時具有較高的估計精度。實際上，鋪管船在進行管道鋪設(shè)作業(yè)過程中，管道期望鋪設(shè)軌跡與鋪管船期望軌跡并不一致，在假設(shè)

5、管道懸跨段長度為定值的前提下，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換建立起管道期望鋪設(shè)軌跡與鋪管船期望軌跡之間的幾何位置關(guān)系。為實現(xiàn)鋪管船能夠沿船舶期望路徑穩(wěn)定進行循跡作業(yè)，本文設(shè)計了基于神經(jīng)動態(tài)模型的鋪管船終端滑模循跡控制方法，針對傳統(tǒng)控制方法中存在的速度以及推進器推力（力矩）跳變問題，利用神經(jīng)動態(tài)模型所具有的平滑、有界輸出特性，取速度偏差為滑模面，并以此滑模面為基礎(chǔ)設(shè)計了鋪管船的循跡控制方法，仿真結(jié)果表明，本文所設(shè)計的控制律在保證了循跡精度的前提下，彌補了傳