动力定位系统的制导、导航和控制

课程概述

动力定位系统是自动化、传感器和水动力等多学科集成创新产物，其系统架构相对复杂，学习过程涉及多学科知识。本课程着重阐述其软硬件系统及控制算法，控制系统主要由制导、导航和控制三部分组成。

本课程采取课堂讲授和小组作业结合的形式授课。学生可通过课程学习掌握动力定位系统的核心控制系统设计理论和方法，通过小组作业形式完成全动力定位控制闭环的搭建，学习并初步掌握基本的传感器滤波和路径追踪控制等基本自动化理论，增强对智能化海洋工程的学习兴趣。

授课教师

任政儒，助理教授

课程信息

学分：2学分
总学时：32学时（讲课30学时，讨论2学时）
开课学期：秋季学期（9-16周）
考核方式：考查
适用专业：海洋技术与工程（土木水利、电子信息）和海洋能源工程（土木水利）

课程目标

课程紧跟海洋工程领域自动化、智能化的发展趋势，增强海洋工程研究生对海洋工程高技术前沿技术的了解，培养具备国际视野和交叉创新能力。以上培养目标符合海洋工程研究院大工科下海的高端化、智能化、国际化理念。

课程特色

本课程的开设是为了填补国内和清华校内相关课程的不足，对标挪威科技大学海洋技术学院开设的研究生课程TMR4240-Marine Control Systems I
为缓解海洋工程研究院学生缺乏基本控制理论知识背景的问题，本课程注重基本控制理论的讲授，并将结合授课教师背景，传授学生如何从基于力学的土木水利学科学习转为开始学基于数学自动化相关理论
本课程作为《海上作业及运动仿真》的后续课程。通过1-8周《海上作业及运动仿真》的学习，学生可亲手搭建六自由船舶模型；本课程将于9-16周开设，针对上述模型，搭建控制算法框架，令学生对整个控制系统的研究过程具有清晰的理解

预备知识

若选修过海上作业及运动仿真课程，将有利于本课程理解和MATLAB/Simulink编程的运用。

课程内容

本课程主要聚焦于动力定位系统的三个主要部分，分别是推进系统、测量系统及控制系统。

测量系统：着重介绍了传感器分类、采样和数据处理方法
控制系统：讲解非线性控制理论基础、导航制导方法、过滤位置数据去除高频的干扰方法、路径跟踪控制算法设计、螺旋桨控制算法设计
推进系统：主要讲解了推力分配问题
拓展内容：根据实际运行工况，开展海况估计算法的讲解；拓展螺旋桨辅助动力定位、断裂检测等相关知识

最终学生将基于本门课程所学知识设计作业并进行展示。

教材与参考书

主要教材

[1] Fossen, T.I., 2011. Handbook of marine craft hydrodynamics and motion control. John Wiley & Sons. [2] Sørensen, A.J., 2012. Marine control systems. Propulsion and Motion Control of Ships and Ocean Structures