[發明專利]一種考慮推進器故障的智能船舶推力分配方法

有效

• 申請號: 202110468304.0
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113126503B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 朱偉;王宇澄;高迪駒;薛圻蒙;顧偉
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 張靜潔;徐雯瓊

本發明提供一種考慮推進器故障的智能船舶推力分配方法，包含步驟：S1、確定船體坐標系下，船舶各推進器的分布位置及工作參數；S2、檢測各推進器是否存在故障，當無推進器故障，基于推進器的所述工作參數建立船舶推力預測模型；當推進器故障，修改所述船舶推力預測模型；S3、以推進器的推力向量為狀態量，以推進器的推力變化率為控制量，基于所述船舶推力預測模型的成本函數和約束條件滾動優化，求解得到各推進器的推力值、推力方位角并分配給對應的推進器。本發明具有更大的優化可行域，同時考慮了推進器故障下的推力分配，通過本發明能夠準確跟蹤船舶期望的推力，保證船舶行駛的穩定性和安全性。

技術領域

本發明涉及船舶推力分配領域，具體涉及一種考慮推進器故障的智能船舶推力分配方法。

背景技術

近幾年來，智能船舶受到全世界造船界和航運界的廣泛關注，智能船舶可以實現在開闊水域自主航行、自動靠泊、在復雜水域自動避障的功能，對于推進系統有很高的要求，需要推進器提供使船舶抵御外界干擾、維持正常工作的推力合力和合力矩。智能船舶一般配置有多個推進器，對于期望的推力合力和合力矩，會存在多種推進器分配方式，如何設計一個合理、有效的推力分配優化方法是一個研究熱點。

如今傳統的推力分配優化方法考慮到簡單性和實時性，大都采取偽逆算法或序列二次規劃算法等單步優化方法。但作為單步優化算法，其每一次優化的搜索可行域較小，得到的推進器狀態不一定達到最優，會降低船舶的工作效率和機動性。而且大部分推力分配方法只考慮推進器正常工作的情況，對推進器故障情況考慮較少，影響船舶運行的安全性和可靠性。

發明內容

本發明的目的是提供一種考慮推進器故障的智能船舶推力分配方法，本發明基于船舶推力預測模型控制船舶上多個推力器的推力分配，針對傳統推力分配單步優化方法的不足，本發明預測模型的成本函數中考慮到了推進器的推力飽和特性和能量消耗等因素，以此提高船舶的控制精度，減少船舶工作時的能量消耗，并且在建立預測模型時還考慮到推進器故障的特殊情況，保證了船舶航行的安全性與穩定性。

為了達到上述目的，本發明提供一種考慮推進器故障的智能船舶推力分配方法，船舶包含第一至第n推進器，其中第一至第n-1推進器為全回轉推進器，第n推進器為槽道推進器，所述方法包含步驟：

S1、確定船體坐標系下，船舶各推進器的分布位置及工作參數；

S2、檢測各推進器是否存在故障，當無推進器故障，基于推進器的所述工作參數建立船舶推力預測模型；

S3、以推進器的推力向量為狀態量，以推進器的推力變化率為控制量，基于所述船舶推力預測模型的成本函數和約束條件滾動優化，求解得到各推進器的推力值、推力方位角并分配給對應的推進器。

可選的，步驟S1所述工作參數包含：推進器推力幅值上下限、推進器方位角上下限、推進器方位角變化率上下限以及推進器推力幅值變化率上下限。

可選的，步驟S2中所述船舶推力預測模型為：

τ＝B(α)F＝B(α)[F₁ F₂ … F_n]^T

其中，τ為全部推進器的推力合力，F_i為第i推進器的推力幅值，F＝[F₁ F₂ … F_n]^T；

B(α)為船舶的推力結構矩陣，B(α)＝[b_a(a₁),…,b_a(a_n-1),b_c]；b_a(α_i)為第i推進器的推力結構矩陣，i∈[1,n-1]；b_c為第n推進器的推力結構矩陣；

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