一種基於纜線安全的船舶系泊動力定位控制方法
2024-01-18 11:33:15
一種基於纜線安全的船舶系泊動力定位控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於纜線安全的船舶系泊動力定位控制方法，步驟1：通過測量系統測量船舶的位置和艏向；步驟2：利用卡爾曼濾波器濾除掉波浪的高頻幹擾和量測傳感器在測量船舶位置和艏向過程中產生的測量噪聲，將得到的船舶真實的位置和艏向信息發送給狀態反饋控制器；步驟3：計算系泊纜線張力，計算系泊纜線的可靠性因子；步驟4：基於系泊纜線的可靠性因子，狀態反饋控制器獲得基於纜線安全和約束函數的控制量，並將控制量發送執行機構；步驟5：執行機構即推進器執行指令，根據控制量將船舶移動到纜線安全下的期望位置。
【專利說明】一種基於纜線安全的船舶系泊動力定位控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於纜線安全的船舶系泊動力定位控制方法。
【背景技術】
[0002]系泊定位是指依靠系泊纜張力提供反力來平衡環境力，達到使海洋結構物固定在一定區域內的方法，其基本原理是系泊浮體結構物由於外環境作用使其偏離原來位置運動，導致系泊纜張力增大，提供回復力。動力定位是指通過推進器推力使船舶或者浮動平臺能夠自動地保持固定位置或預定軌跡。它使用精密儀器來測量船或平臺的位置和方向變化，通過計算機控制推進器轉速，使船舶或者浮動平臺保持設定位置。
[0003]系泊狀態下動力定位也可以叫做推進器輔助系泊定位，結合了系泊定位和動力定位的優點，避開了它們的缺點。在普通的天氣狀況下，系泊系統約束船舶，推進器只提供運動阻尼和艏向控制。但是在惡劣的環境中，僅僅靠系泊系統已很難實現定位，需要推進器提供推力來實現定位以避免對系泊纜的破壞。現有的推進器輔助系泊系統共同點是將船舶的運動限制在安全的範圍內，通過線性化和獲取時序方法驅動控制器，但是此方法削弱了系泊系統的能力，而且會過分的使用推進器。Per Ivar Barth Berntsen等人提出了一種基於可靠性因子的控制器的設計方法，將定位點選取到纜線臨界因子處，但此方法在惡劣海況下且有瞬時風力等環境影響時會造成系泊纜的斷裂。
【發明內容】
[0004]本發明目的 在於提供一種基於纜線安全的船舶系泊動力定位控制方法，既能避免對系泊纜的破壞，又能降低對推進器的頻繁使用帶來的磨損，從而減少能耗。
[0005]實現本發明目的技術方案:
[0006]一種基於纜線安全的船舶系泊動力定位控制方法，其特徵在於:
[0007]步驟1:通過測量系統測量船舶的位置和艏向；
[0008]步驟2:利用卡爾曼濾波器濾除掉波浪的高頻幹擾和量測傳感器在測量船舶位置和艏向過程中產生的測量噪聲，將得到的船舶真實的位置和艏向信息發送給狀態反饋控制器；
[0009]步驟3:計算系泊纜線張力，計算系泊纜線的可靠性因子；
[0010]步驟4:基於系泊纜線的可靠性因子，狀態反饋控制器獲得基於纜線安全和約束函數的控制量〒，並將控制量〒發送執行機構；
[0011]步驟5:執行機構即推進器執行指令，根據控制量?將船舶移動到纜線安全
[0012]下的期望位置。步驟3中，每一根系泊纜線可靠性因子指數值通過如下公式
[0013]計算獲得，
[0014]^ (0 =-, k = l,...,q
fT
uhk[0015]式中，Tb，k是第k根系泊纜線斷裂強度的平均值，σ k是時變張力的標準偏差，kk是比例係數，Tk(t)是系泊纜線張力，0b，k是斷裂強度的平均值的標準偏差。
[0016]步驟3中，系泊纜線張力Tk(t)通過懸鏈線方法計算獲得。
[0017]步驟4中，狀態反饋控制器的最終輸出控制量?通過如下公式獲得，
[0018]? =
[0019]其中，TbspS狀態反饋控制器輸出的力和力矩，
【權利要求】
1.一種基於纜線安全的船舶系泊動力定位控制方法，其特徵在於: 步驟1:通過測量系統測量船舶的位置和艏向； 步驟2:利用卡爾曼濾波器濾除掉波浪的高頻幹擾和量測傳感器在測量船舶位置和艏向過程中產生的測量噪聲，將得到的船舶真實的位置和艏向信息發送給狀態反饋控制器；步驟3:計算系泊纜線張力，計算系泊纜線的可靠性因子； 步驟4:基於系泊纜線的可靠性因子，狀態反饋控制器獲得基於纜線安全和約束函數的控制量?，並將控制量?發送執行機構； 步驟5:執行機構即推進器執行指令，根據控制量?將船舶移動到纜線安全下的期望位置。
2.根據權利要求1所述的基於纜線安全的船舶系泊動力定位控制方法，其特徵在於:步驟3中，每一根系泊纜線可靠性因子指數值通過如下公式計算獲得，
3.根據權利要求2所述的基於纜線安全的船舶系泊動力定位控制方法，其特徵在於:步驟3中，系泊纜線張力Tk(t)通過懸鏈線方法計算獲得。
4.根據權利要求3所述的基於纜線安全的船舶系泊動力定位控制方法，其特徵在於:步驟4中，狀態反饋控制器的最終輸出控制量?通過如下公式獲得，
5.根據權利要求4所述的基於纜線安全的船舶系泊動力定位控制方法，其特徵在於:步驟2中，卡 爾曼濾波器採用無跡卡爾曼濾波器。
【文檔編號】G05D1/02GK104020765SQ201410234808
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】王元慧, 竇向會, 付明玉, 丁福光, 鄒春太, 庹玉龍, 趙大威, 王成龍, 劉彥文 申請人:哈爾濱工程大學