[發(fā)明專利]模塊化的船舶運(yùn)動(dòng)控制調(diào)試系統(tǒng)及船舶運(yùn)動(dòng)控制調(diào)試方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211057856.3
• 申請(qǐng)日: 2022-08-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115629590A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏天;劉序辰;王波;陶江平;尤德武;謝新;蔣榮勤;史艷龍;郭彥軍;謝宇;周誼;劉晗;許威;焉詩(shī)萌;梁偉;沈璐璐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海船舶工藝研究所（中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第十一研究所）
• 主分類號(hào): G05B23/02
• 分類號(hào): G05B23/02
• 代理公司: 上海世圓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31320
• 代理人: 王佳妮

1.一種模塊化的船舶運(yùn)動(dòng)控制調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于：

所述船舶運(yùn)動(dòng)控制調(diào)試系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)控制單元、運(yùn)動(dòng)模擬單元和調(diào)試界面；

所述運(yùn)動(dòng)控制單元包括多個(gè)模塊，用于模擬船舶的運(yùn)動(dòng)控制方式，所述船舶的運(yùn)動(dòng)控制方式包括常速船舶的欠驅(qū)動(dòng)控制、低速船舶的動(dòng)力定位控制或選擇添加的可編輯式運(yùn)動(dòng)控制算法；

所述運(yùn)動(dòng)模擬單元包括多個(gè)模塊，用于模擬具有各種主尺度和槳舵配置的船舶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；

所述調(diào)試界面用于通過(guò)繪圖顯示多次模擬船舶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化曲線和相軌跡，通過(guò)對(duì)比多次模擬結(jié)果進(jìn)行所述運(yùn)動(dòng)控制單元和/或所述運(yùn)動(dòng)模擬單元的各模塊的參數(shù)調(diào)整。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化的船舶運(yùn)動(dòng)控制調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于：

在進(jìn)行仿真模擬之前，需要對(duì)所述運(yùn)動(dòng)控制單元和所述運(yùn)動(dòng)模擬單元的各模塊的參數(shù)進(jìn)行配置，在配置完成之后進(jìn)行仿真模擬，并將配置參數(shù)保存入配置文件。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模塊化的船舶運(yùn)動(dòng)控制調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于：

所述運(yùn)動(dòng)控制單元包括測(cè)量模塊、估計(jì)模塊和控制模塊；

所述測(cè)量模塊用于模擬羅經(jīng)來(lái)獲取位置參考系統(tǒng)，對(duì)所述運(yùn)動(dòng)模擬單元傳送來(lái)的船舶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、推進(jìn)器運(yùn)行狀態(tài)和海洋環(huán)境狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，然后傳送給估計(jì)模塊；

所述估計(jì)模塊用于對(duì)所述測(cè)量模塊傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以計(jì)算船舶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；所述估計(jì)模塊包括可選擇設(shè)置的真值模式和濾波模式；所述估計(jì)模塊默認(rèn)為真值模式，直接使用測(cè)量值計(jì)算船舶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；所述濾波模式包括可選擇設(shè)置的中值濾波、Alpha-Beta濾波、EKF濾波、無(wú)源觀測(cè)器，所述濾波模式用于通過(guò)濾波器及估計(jì)器對(duì)所述測(cè)量模塊傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和估計(jì)，以獲取平滑數(shù)據(jù)；

所述控制模塊用于配置船舶的運(yùn)動(dòng)控制類型及其控制方法和參數(shù)；所述船舶的運(yùn)動(dòng)控制類型包括常速控制和低速控制；所述常速控制以舵角為控制變量，默認(rèn)為PID控制，且可調(diào)整控制參數(shù)，可自定義添加或編輯控制方法；所述低速控制以三自由度的廣義控制力為控制變量，默認(rèn)為PID控制，可調(diào)整控制參數(shù)，可自定義添加或編輯控制方法；所述控制模塊根據(jù)所述估計(jì)模塊計(jì)算的船舶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和所選的船舶的運(yùn)動(dòng)控制類型及其控制方法和參數(shù)，計(jì)算出控制指令，并傳送給船舶運(yùn)動(dòng)模擬單元。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模塊化的船舶運(yùn)動(dòng)控制調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于：

所述運(yùn)動(dòng)控制單元還包括前饋模塊；

所述前饋模塊用于補(bǔ)償環(huán)境干擾數(shù)據(jù)；所述前饋模塊包括無(wú)前饋模式和風(fēng)前饋模式，其默認(rèn)為無(wú)前饋模式，可選擇設(shè)置風(fēng)前饋模式。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模塊化的船舶運(yùn)動(dòng)控制調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于：

所述船舶運(yùn)動(dòng)模擬單元包括指令模塊、槳舵模塊、環(huán)境模塊、船體模塊；

所述指令模塊可選擇設(shè)置的控制力指令模式和槳舵指令模式；所述控制力指令模式為從船舶運(yùn)動(dòng)控制單元接收三自由度廣義控制力指令，并傳送給槳舵模塊；所述槳舵指令模式為從船舶運(yùn)動(dòng)控制單元接收各槳舵指令，并傳送給槳舵模塊；

所述槳舵模塊包括可選擇設(shè)置的抽象槳舵模塊和模擬槳舵模塊；所述抽象槳舵模塊模擬廣義控制力的動(dòng)態(tài)特性，根據(jù)廣義控制力指令更新廣義控制力，并傳送給船體模塊；所述模擬槳舵模塊模擬各槳舵動(dòng)態(tài)特性，配置各槳舵的類型、尺度、位置，根據(jù)槳舵指令更新槳舵狀態(tài)，并根據(jù)槳舵模型計(jì)算得出各槳舵合力作為廣義控制力，傳送給船體模塊；

所述船體模塊包括可選擇設(shè)置的常速模塊和低速模塊，用于常速船舶的運(yùn)動(dòng)模擬或用于低速船舶的運(yùn)動(dòng)模擬，可選擇或添加適用不同環(huán)境的船舶數(shù)學(xué)模型模塊；在所述常速模塊中通過(guò)輸入船舶主尺度參數(shù)后生成模擬船舶常速運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型；在所述選低速模塊中輸入船舶質(zhì)量和阻尼參數(shù)后生成模擬船舶低速運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型；所述船體模塊接收槳舵控制力，并根據(jù)對(duì)應(yīng)的船舶數(shù)學(xué)模型更新船舶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的模塊化的船舶運(yùn)動(dòng)控制調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于：

所述常速模塊包括井上模型和槳舵模型；所述常速模塊通過(guò)設(shè)置自由舵方式進(jìn)行常速控制；

所述低速模塊包括船體模型和控制力模型；所述低速模塊通過(guò)設(shè)置自動(dòng)方向和自動(dòng)定位方式進(jìn)行低速控制。