一种基于环境估计的实时环境最优艏向船舶动力定位控制方法
【专利摘要】本发明涉及动力定位控制领域，具体涉及一种基于环境估计的实时环境最优艏向动力定位控制方法。本发明包括：通过测量系统测量船舶的位置和艏向；利用卡尔曼滤波器滤除掉波浪的高频干扰和量测传感器在测量船舶位置和艏向过程中产生的测量噪声，将得到的船舶真实的位置和艏向信息发送给系统PID控制器；基于环境最优艏向动力定位控制器,用环境估计算法对外界环境干扰进行估计,并计算环境最优艏向；将计算得到的最优艏向发送给船舶PID控制器：控制器向推进器发送指令,将船舶移动到最优艏向位置。此方法增强了寻优的快速性，降低了计算量，而且大大提高了控制器的执行效率，降低了推进器频繁使用带来的磨损。
【专利说明】一种基于环境估计的实时环境最优艏向船舶动力定位控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及动力定位控制领域，具体涉及一种基于环境估计的实时环境最优艏向动力定位控制方法。
【背景技术】
[0002]动力定位(Dynamic Posit1ning,简称DP),是一种可以不用锚系而自动保持海上浮动装置的定位方法。
[0003]随着人们在海洋中的工程作业活动日益增多，长期运行在海洋中的动力定位船舶或设备所消耗的能量与排放的废气不可忽视。近年来，学者提出多种以实现船舶节能减排为目的的船舶动力定位控制策略，包括绿色动力定位、环境最优动力定位等，环境最优动力定位又包括零侧推控制与零艏摇转矩控制等。Fossen.T.1针对海上作业系统提出了环境最优位置控制的概念(Weather Optimal Posit1ning Control = W0PC)。环境最优位置控制的控制目标是使海上作业系统根据海洋环境的变化自动调整艏向，以达到最佳艏摇角度值。该方法的最主要特点就是不需要任何环境力的测量装置就能够使船舶工作在最佳艏摇角度。基于钟摆的思想，然后主要吸取Fossen.T.1提出的WOPC的概念，谢笑颖在他的硕士论文环境最优区域动力定位控制方法研究中设计了最优艏向控制器，但是在寻优的快速性，稳定性和寻优的精度等方面还有很大欠缺而且在区域定位控制器的设计中，预测控制的计算量太大，很容易对控制的实时性产生影响。
[0004]本方法是一种基于环境估计的环境最优动力定位，区别于W0PC、零侧推控制与零艏摇转矩控制等。目前国内外文献中，未出现过采用本方法的环境最优动力定位策略。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种实时计算环境最优艏向，控制船舶实现环境最优动力定位的方法。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
[0007](I)通过测量系统测量船舶的位置和艏向；
[0008](2)利用卡尔曼滤波器滤除掉波浪的高频干扰和量测传感器在测量船舶位置和艏向过程中产生的测量噪声，将得到的船舶真实的位置和艏向信息发送给系统PID控制器；
[0009](3)基于环境最优艏向动力定位控制器，用环境估计算法对外界环境干扰进行估计，并计算环境最优艏向；
[0010](4)将计算得到的最优艏向发送给船舶PID控制器:
[0011](5)控制器向推进器发送指令，将船舶移动到最优艏向位置。
[0012]步骤⑶中环境估计算法为:
【权利要求】
1.一种基于环境估计的实时环境最优艏向船舶动力定位控制方法，其特征在于: (1)通过测量系统测量船舶的位置和艏向； (2)利用卡尔曼滤波器滤除掉波浪的高频干扰和量测传感器在测量船舶位置和艏向过程中产生的测量噪声，将得到的船舶真实的位置和艏向信息发送给系统PID控制器； (3)基于环境最优艏向动力定位控制器，用环境估计算法对外界环境干扰进行估计，并计算环境最优艏向； (4)将计算得到的最优艏向发送给船舶PID控制器: (5)控制器向推进器发送指令，将船舶移动到最优艏向位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于环境估计的实时环境最优艏向船舶动力定位控制方法，其特征在于:步骤(3)中环境估计算法为:
L.,为环境作用估计，分别是环境干扰的合力对船舶的纵向作用力、横向作用力和艏摇力矩，K。是整定对称常矩阵，β是中间辅助变量，M是系统惯性矩阵，V是船舶运动速度向量，
环境作用的估计偏差:= -^胃，τ _为实际环境干扰的合力，Tmv为估计环境干扰的合力，环境作用估计#_的微分为
3.根据权利要求1所述的一种基于环境估计的实时环境最优艏向船舶动力定位控制方法，其特征在于:步骤(3)环境最优艏向为:
Ψ为船舶当前艏向，为环境最优艏向，sigiUr.,,, >表示外界环境作用到船舶上的横向力的正负号。
4.根据权利要求1所述的一种基于环境估计的实时环境最优艏向船舶动力定位控制方法，其特征在于:所述步骤(5)中，更新目标艏向时，船舶目标位置为(xd，yd)，并要求船舶时刻保持环境最优艏向Ψ = Vtjpt,即船舶的目标位置姿态为Η = [xd, yd, ￥0pt]To
【文档编号】G05B13/04GK104199464SQ201410406945
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】王元慧, 王修强, 董胜伟, 丁福光, 庹玉龙, 窦向会, 王成龙, 魏飞飞, 冯华, 陶顺行 申请人:哈尔滨工程大学