[發明專利]動態定位系統和方法

在審

• 申請號: 201510363887.5
• 申請日: 2015-06-03
• 公開（公告）號: CN105182969A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: R·I·斯蒂芬斯;A·J·威爾金斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣能源能量變換技術有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 楊美靈;姜甜

技術領域

本公開涉及將使用動態定位(DP)系統的船舶所需航向功率最小化的系統和方法。

背景技術

已經存在多種解決涉及最小化功耗的問題的嘗試，其中所述功耗涉及針對天氣相關事件的DP船舶的位置和航向控制。一種方案通過估計左舷側和右舷側的力并通過最小化所需的側向力(即，左舷-右舷方向的推進力)來控制船舶的航向。盡管該方案可提供比初始路徑更理想的航向，但是該方案只能在船舶處于完全DP模式時使用。此外，有可能最佳的航向控制器在惡劣天氣狀態下會由于目標航向的變化率增大而不穩定。

發明內容

DP系統本質上是高耗能的，因為DP系統抵消由于天氣所產生的力。因此，航向控制和航向穩定性的低效是DP系統特別關注的領域。這些力隨著船舶的偏向度(例如，入射角)而發生顯著變化。最佳船舶航向角上即使小的偏移也會導致推進器功率需求的增加。對于大多數船舶，使船首指向風和/或水流可減少環境力，從而減少對推進器的功率需求。此外，基于前面所述的涉及最小化DP船舶所使用的推進器功率的缺點，需要一種系統和方法，使得在DP控制器使用環境力的測量值控制航向時允許對DP航向進行調整且用于在惡劣天氣中穩定航向。

此外，在此描述的系統和方法允許在天氣條件惡劣時使用操作員指定的數據選擇舒適的航向并自動調整航向增益。

高能效DP系統和方法的一個益處是它通過航向控制減少了由于環境條件在船舶上所感受到的力的大小。該系統和方法被設計為基于船舶上所測量的施加的側向力而不是側向力需求來改變船舶航向。只使用側向力需求來確定所需的船舶航向可導致船舶消耗不需要的能量和耗費額外的燃料。

本公開中，該系統和方法通過使用觀測器系統估計船舶的側向力，觀測器系統可以是一個線性二次估計程序(LQE)，也稱為Kalman濾波器。向觀測器系統提供位置和航向的測量值。在某些實施例中，觀測器系統應用波形濾波器程序除去與波形運動相關的測量噪聲，且從而產生排除了波形運動的位置和速度的估計值。

船舶位置、船舶速度和天氣力的估計被發送到控制系統，控制系統計算維持船舶位置和航向的推進需求。對船舶航向的控制保證由于天氣所導致的側向力最小化。

在某些實施例中，還向觀測器系統提供天氣信息。例如，來自一個或多個風速計的測量被用于估計船舶上的風力并被饋送給觀測器以改進其對天氣力的估計。

在其它實施例中，觀測器系統僅接收它用來提供船舶上天氣力估計值的天氣信息。

在某些實施例中，如果提供給觀測器系統的一些或全部測量值缺失，則觀測器系統繼續提供船舶上環境力的估計。

在其它實施例中，該系統和方法允許根據天氣狀態對航向增益進行自動調整。當惡劣天氣期間(大風、高流速或大浪)船舶上的天氣力大時，有可能航向控制程序將變得不穩定，導致大的航向振蕩?？赏ㄟ^隨著天氣力的增加降低航向調整程序的響應速度來避免大的振蕩。另一益處是當船舶的方向參數由人工控制，即船舶不處于完全DP模式時，能夠使用該系統和方法。在完全DP模式中，航向軸和橫蕩軸都在由DP系統完全控制，因為所需的橫蕩力驅動航向改變。相反，在此描述的某些實施例中，僅航向軸由DP系統控制。在這樣的實施例中，航向改變由對來自側向力，即左舷-右舷方向的力的LQE估計驅動。盡管側向力影響航向變化，但即使運動的橫蕩方向由人工控制該方法也可使用。

另一益處是能夠允許對航向進行調整。本公開的系統和方法包括使操作員提供輸入以向DP系統所確定的航向指定偏移的手段。操作員輸入可用于選擇對船舶乘員來說更舒適的航向。

本系統和方法的又一益處是可應用于非船形的船舶。在本公開中，該系統和方法可用于受側向力的任何船舶。

提供了以下技術方案：

1、一種動態定位系統，包括：

控制器，包括：

處理器；和

其上保存有計算機可執行指令的存儲器，當所述指令被處理器執行時，使得所述處理器執行操作，所述操作包括：

由所述處理器計算：

基于一個或多個橫蕩環境力的測量值之和的總和值；

基于所述總和值和控制器增益乘積的乘積值；

基于所述乘積值隨時間積分的航向偏移角；和

基于初始航向和所述航向偏移角之和的目標航向。

2、如技術方案1所述的動態定位系統，所述存儲器上保存有計算機可執行指令，在所述指令被所述處理器執行時，使得所述處理器執行操作，所述操作包括基于所述目標航向產生推進器控制信號。