[發(fā)明專利]一種動(dòng)力定位船自動(dòng)定點(diǎn)混合控制模式的導(dǎo)引方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110772106.3
• 申請(qǐng)日: 2021-07-08
• 公開（公告）號(hào): CN113625706A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁利毫;王遠(yuǎn)明;李桐;陸梟瀟;李新飛;昝英飛;金忠宇;尹蒙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種動(dòng)力定位船自動(dòng)定點(diǎn)混合控制模式的導(dǎo)引方法，其特征是，包括如下步驟：

步驟一，根據(jù)半潛船的各項(xiàng)參數(shù)信息，確定半潛船動(dòng)力學(xué)方程：

式中：H_Xt、H_Yt、H_Nt——作用在船體上力和力矩；

x_g——船舶重心在x軸方向上的位置坐標(biāo)；

步驟二，由公式(1)可以得到船舶的加速度及角加速度，積分可以求得船舶速度，控制器接收反饋信號(hào)，并由運(yùn)動(dòng)學(xué)方程計(jì)算固定坐標(biāo)系下船舶速度，方程如下：

步驟三，由公式(2)可以得到固定坐標(biāo)系下在三自由度方向上的船舶速度，積分可以求得船舶在固定坐標(biāo)系中的位置并向控制器反饋；

步驟四，由船舶期望位置和船舶實(shí)時(shí)位姿，求出導(dǎo)引點(diǎn)坐標(biāo)(N_los,E_los)；

為了計(jì)算出未知LOS點(diǎn)的坐標(biāo)p_los＝(N_los,E_los)，必須滿足下面兩式：

(N_los-N_t)²+(E_los-E_t)²＝R² (3)

式中：R——導(dǎo)引半徑；

另：e＝N_k，f＝E_k；

定義下式：

a＝1+d² (5)

b＝2(dg-dE_t-N_t) (6)

1)ΔN＞0

E_los＝d(N_los-N_k)+E_k (9)

當(dāng)ΔE＝0時(shí)，E_los＝E_k＝E_k+1；

2)ΔN＜0

E_los＝d(N_los-N_k)+E_k (11)

當(dāng)ΔE＝0時(shí)，E_los＝E_k＝E_k+1；

3)ΔN＝0

當(dāng)ΔE＝0時(shí)，E_los＝N_k＝N_k+1；

①對(duì)于ΔE＞0

②對(duì)于ΔE＜0

導(dǎo)引律為Joystick+Auto swayYaw模式導(dǎo)引律，設(shè)計(jì)方式如下：由Auto Position和Joystick模式轉(zhuǎn)入此模式：按下Auto Sway按鈕和Auto Surge按鈕后，指示燈開始閃爍，當(dāng)速度比限定速度小時(shí)，Auto Sway按鈕和Auto Surge按鈕狀態(tài)為常亮，對(duì)當(dāng)前的位置和航向(N₀,E₀,ψ₀)進(jìn)行記錄，此時(shí)Auto Sway和Auto Surge方向運(yùn)動(dòng)受限制，操縱Joystick控制船舶圍繞控制點(diǎn)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

(N_t,E_t,ψ_t)代表船舶當(dāng)前位置，(N_d,E_d,ψ_d)代表船舶的期望位置和航向；l_d代表期望的導(dǎo)引路徑，l_v代表與期望路徑垂直的路徑，l_d與l_v相交點(diǎn)為d，代表船舶期望導(dǎo)引位置；

船舶的期望航向可用下式表示：

ψ_d＝ψ_t (14)

與上述情況類似，導(dǎo)引路徑為：

E_d＝E₀ (15)

N_d＝N₀ (16)

此種情況下的導(dǎo)引律由(14)、(15)和(16)組成；

步驟五，PID控制的原理表達(dá)式如下：

式中：K_P,K_I,K_D——各環(huán)節(jié)增益系數(shù)；K_P——有差調(diào)節(jié)；K_I——靜差調(diào)節(jié)；K_D——偏差變化率，

由公式(17)進(jìn)行三自由度方向上運(yùn)動(dòng)控制器的構(gòu)建，操縱手柄能夠通過對(duì)應(yīng)不同的速度環(huán)來控制船舶三個(gè)自由度的速度；動(dòng)力定位系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制器由速度內(nèi)環(huán)控制和位置外環(huán)控制來控制船舶運(yùn)動(dòng)。