[發明專利]一種自校正的動力定位船舶推力分配方法

在審

• 申請號: 202210471837.9
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114911160A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 劉明;華亮;季霆;張華強;鄒琪琪;朱艷琳;汪志鋒;閆鳴宇;顧姚晨陽;魏海洋
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 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

1.一種自校正的動力定位船舶推力分配方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1、根據動力定位船舶對象實際情況初始化參數，該參數包括船舶結構參數、船舶狀態參數、船舶物理條件約束參數和權值參數；

步驟2、根據動力定位船舶的參數值計算所建立的推力分配數學模型所需參數值，具體如下；

式中H是二次項權系數對角矩陣，f是一次項權系數向量，X是優化變量，A_eq和b_eq分別為等式約束矩陣和向量，L_b和U_b為優化變量的邊界，具體如下式所示：

X＝[ΔT₁,...,ΔT_i,...,ΔT_n,Δα₁,...,Δα_i,...,Δα_n,S₁,S₂,S₃]^T，1≤i≤n

式中n是推進器個數，ΔT_i是第i個推進器的推力變化量，Δα_i是第i個推進器的方位角變化量，S₁,S₂,S₃是松弛變量，

式中B(α_p)為前一時刻的推進器配置控制矩陣，T為當前時刻推進器的推力，α_p為前一時刻的推進器方位角，T_p為前一時刻的推進器推力，E₃為三階單位矩陣，

b_eq＝τ-B(α_p)T_p

式中τ為控制系統輸出的推力和力矩指令，

L_b＝[ΔT_1min,...,ΔT_imin,...,ΔT_nmin,Δα_1min,...,Δα_imin,...,Δα_nmin,[],[],[]]^T

式中ΔT_imin是第i個推進器允許的推力最小變化量，Δα_imin第i個推進器允許的方位角最小變化量，

U_b＝[ΔT_1max,...,ΔT_imax,...,ΔT_nmax,Δα_1max,...,Δα_imax,...,Δα_nmax,[],[],[]]^T

式中ΔT_imax是第i個推進器允許的推力最大變化量，Δα_imax第i個推進器允許的方位角最大變化量；

步驟3、根據步驟2計算結果運用序列二次規劃算法進行船舶推力分配計算；

步驟4、根據推力分配結果結合推力和方位角約束進一步確立合理的各推進器推力和方位角；

步驟5、根據步驟4計算推力分配偏差，運用能量最優二次規劃算法進行推力分配自校正，并結合推力和方位角約束進一步確立合理的各推進器推力和方位角，具體實施方法如下：

步驟5.1、根據步驟4獲得的各個推進器推力和方位角計算推進系統的推力和力矩；

步驟5.2、計算控制系統輸出的推力和力矩指令與步驟5.1所得推進系統的推力和力矩之間的誤差值為Δτ；

步驟5.3、保持步驟4中各推進器方位角不變，運用能量最優二次規劃算法計算各推進器的推力變化量ΔT，具體計算方法如下式：

ΔT＝w^-1B(α)^T(B(α)w^-1B^T(α))^-1Δτ

其中w為功率與推力關系參數矩陣，B(α)為當前推進器配置控制矩陣；

步驟5.4、根據步驟5.3的各推進器推力變化量計算各推進器推力值，并根據各推進器推力約束條件確定最終各推進器的推力值；

步驟6、輸出推力分配結果，更新船舶狀態參數，跳至步驟2進行下一個周期推力分配計算。