[發明專利]一種船舶動力定位系統及其設計方法

有效

• 申請號: 201410013034.4
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103699007A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 彭周華;劉陸;王丹;景云
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G05B13/00
• 分類號: G05B13/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發明涉及船舶與海洋工程領域的船舶動力定位技術，尤其涉及時變風浪流擾動下的船舶動力定位系統及其設計方法。

背景技術

船舶動力定位是指在風浪流等持續擾動下，不借助錨泊系統，利用船舶本身的推進裝置使船舶以一定的姿態保持在海面某目標位置或精確地跟蹤某一給定軌跡，以完成各種作業任務。它具有控制精度高、靈活性好、成本不會隨水深增加而增加的優點，因此在海洋石油鉆井平臺以及打撈救助船、工程供應船、消防船等各種船舶上獲得廣泛的應用，是維持海洋浮式作業平臺和船舶正常工作的關鍵。

動力定位技術的發展可分為三個階段，第一階段是常規的PID控制與低通、陷波濾波技術相結合；第二階段是以現代控制理論為基礎，即最優控制和Kalman濾波理論相結合的控制方法；第三階段采用智能控制理論和方法，如魯棒控制、模糊控制、神經網絡控制、非線性模糊型預測控制等。

然而上述控制方法都是針對單艘船舶的動力定位技術，隨著海洋開發不斷向著遠海、深海擴展，單船舶動力定位技術已不能滿足實際海洋作業的需求，越來越多場合需要多船舶進行合作動力定位來完成更為復雜的任務。現有的單船舶動力定位系統的局限性主要體現在以下兩個方面：一是控制器對個體船舶實施單獨控制會極大的制約整體功能的實現，無法保證個體船舶間相對位置的精確性，船舶間因缺乏信息交換易導致控制信息分散、系統整體協調能力差等缺陷。二是在控制結構上屬于集中式控制，其特點是控制器需掌握整體全部信息并對個體實施單獨控制，這種控制結構在實際應用中會受到網絡帶寬有限、感知能力有限等物理條件的制約，尤其在控制對象數量較多規模較大的情況下，易造成控制器算法復雜、信息量大，增加了工程實現的難度。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種既可提高多船舶間相對位置定位的精確性和整體協調能力，又結構簡單、計算量小、易于工程實現、對海上作業的時變風浪流的擾動有良好的適應效果的船舶動力定位系統及其設計方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種船舶動力定位系統，包括N艘船舶、N個個體控制器和通信網絡；所述的N艘船舶與N個個體控制器一一對應，N艘船舶分別與N個個體控制器雙向連接；所述的通信網絡的輸出端分別與N個個體控制器連接，通信網絡的輸入端分別與N艘船舶連接；所述的N艘船舶滿足同樣的運動模型，所述的N個個體控制器結構相同；

所述的個體控制器包括第一級比較單元、第二級比較器單元、虛擬控制器、濾波器、自適應單元和控制單元；所述的第一級比較單元的輸入端分別連接對應的船舶和通信網絡、其輸出端連接虛擬控制器；所述的虛擬控制器的輸入端還連接通信網絡、其輸出端連接濾波器；所述的濾波器的輸出端分別連接控制單元和第二級比較器單元；所述的第二級比較器單元的輸入端還與對應的船舶連接、其輸出端分別連接控制單元和自適應單元；所述的自適應單元的輸出端與控制單元的輸入端連接；所述的控制單元還與對應的船舶雙向連接。

一種船舶動力定位系統的設計方法，包括以下步驟：

A、建立第i艘船舶的運動模型

設船舶的序列號為i，則i=1、2、3、…、N；

為了船舶動力定位系統的設計需要，首先建立第i艘船舶的運動模型如下：