[發明專利]一種用于船舶動力定位系統的改進推力分配方法

有效

• 申請號: 201810622244.1
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108628171B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 李新飛;袁利毫;吳昌楠;昝英飛;李想;國巖;陳忠言
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種用于船舶動力定位系統的改進推力分配方法，屬于船舶動力定位控制技術領域。其基本是思路是，為了避免推力飽和，首先對三自由度的期望推力進行歸一化處理，然后根據推進系統能力進行放大處理；接著用直接分配法進行第一次分配，直接分配后，計算全回轉推進器的回轉角并判斷其是否進入了回轉禁止域，若進入則用與回轉角禁止域相鄰的邊界值代替，若沒有則保留原值；最后更新推進器位置矩陣，用偽逆算法進行二次推力分配。本發明能較好的解決了推力飽和以及回轉角禁止域約束的問題，同時還具有良好的實時性和穩定性，能夠提高動力定位系統的定位能力。本發明從實時性的角度出發，并全面的考慮了推進器的禁止角和推力飽和約束等問題。

技術領域

本發明屬于船舶動力定位控制技術領域，具體涉及一種用于船舶動力定位系統的改進推力分配方法。

背景技術

動力定位系統是深海作業設備(特別是長期工作在惡劣海況下的深海作業工程船舶)必備的保障裝備之一，它可安全有效的幫助船舶完成位置移動、位置保持和目標跟蹤等任務，在船舶作業過程中扮演十分重要的角色。動力定位系統是一種閉環的計算機控制系統，其功能是利用船舶自身的多個推進器，使船舶在規定的作業范圍和環境條件下保持其船位和艏向。

動力定位控制系統通常可包含導航制導系統、高層控制器和低層控制器等。導航制導系統包括測量系統、導航和制導。測量系統包括位置參考系統和傳感器系統，其功能為測量船舶相對于參考點的位置、艏向、姿態和所受的環境力。導航模塊通常利用衛星導航系統獲得船舶的當前位置。制導模塊通過用戶輸入或任務要求產生參考航跡或定位點，確定每個控制周期控制器的設定位置和艏向。高層控制器包括動力定位控制器和推力分配單元。動力定位控制器為三自由度運動控制器，其功能為計算抵抗環境載荷并跟蹤期望航跡所需要的縱向力、橫向力和艏搖力矩。推力分配單元的基本任務為將動力定位控制器輸出的三自由度期望推力指令分配給不同的推進器，使之輸出期望大小和方向的推力。低層控制器即為推進器控制器，其功能為根據各推進器的推力指令計算出推進器的方位角、所需的轉速或螺距。

隨著動力定位船舶應用領域的不斷擴張，對船舶控制性能和控制精度的要求也越來越高，相關領域的研究受到更多的重視。其中推力分配已經成為了動力定位研究領域內的一個熱點問題。許多學者都致力于最優推力分配問題的研究。偽逆算法、序列二次規劃以及智能優化算法都被應用到最優推力分配問題的求解。這些算法雖然能有效的解決推力分配問題，但仍還存在一些不足之處，偽逆算法沒有考慮到推進器推力的飽和現象和推進器回轉禁止角的問題；序列二次規劃和智能優化算法雖然考慮到了推進器的禁止角和推力范圍，但計算步驟復雜，不能滿足動力定位系統實時性要求。夏國清等人發明的基于人工魚群算法的船舶動力定位系統推力分配方法雖然較好的解決了推進器方位角約束問題，同時在尋優速度上有所提升，但由于智能優化算法在針對不同的推力指令進行分配時，迭代的次數和計算的時間會有很大的差別，因而不能很好的滿足動力定位系統的實時性和穩定性要求。因此，本發明從實時性和穩定性的角度出發，并較全面的考慮推進器的推力飽和約束和回轉角禁止域，提出了一種將控制量歸一化處理、直接分配法和偽逆法相結合的改進推力分配方法。本改進推力分配方法能夠有效的解決推力飽和、回轉禁止角約束等問題，并且由于引入了直接分配和偽逆算法，本發明是一種具有實時性強的最優推力分配方法。同時由于算法步驟簡單，因而具有良好的穩定性。

發明內容

本發明的目的在于提供能夠滿足動力定位系統的實時性要求，并且滿足系統的推進器飽和約束條件和回轉禁止角約束條件，提高系統定位能力的一種用于船舶動力定位系統的改進推力分配方法。

本發明的目的通過如下技術方案來實現：