一种基于缆线安全的船舶系泊动力定位控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于缆线安全的船舶系泊动力定位控制方法，步骤1：通过测量系统测量船舶的位置和艏向；步骤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状态反馈控制器；步骤3：计算系泊缆线张力，计算系泊缆线的可靠性因子；步骤4：基于系泊缆线的可靠性因子，状态反馈控制器获得基于缆线安全和约束函数的控制量，并将控制量发送执行机构；步骤5：执行机构即推进器执行指令，根据控制量将船舶移动到缆线安全下的期望位置。
【专利说明】一种基于缆线安全的船舶系泊动力定位控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于缆线安全的船舶系泊动力定位控制方法。
【背景技术】
[0002]系泊定位是指依靠系泊缆张力提供反力来平衡环境力，达到使海洋结构物固定在一定区域内的方法，其基本原理是系泊浮体结构物由于外环境作用使其偏离原来位置运动，导致系泊缆张力增大，提供回复力。动力定位是指通过推进器推力使船舶或者浮动平台能够自动地保持固定位置或预定轨迹。它使用精密仪器来测量船或平台的位置和方向变化，通过计算机控制推进器转速，使船舶或者浮动平台保持设定位置。
[0003]系泊状态下动力定位也可以叫做推进器辅助系泊定位，结合了系泊定位和动力定位的优点，避开了它们的缺点。在普通的天气状况下，系泊系统约束船舶，推进器只提供运动阻尼和艏向控制。但是在恶劣的环境中，仅仅靠系泊系统已很难实现定位，需要推进器提供推力来实现定位以避免对系泊缆的破坏。现有的推进器辅助系泊系统共同点是将船舶的运动限制在安全的范围内，通过线性化和获取时序方法驱动控制器，但是此方法削弱了系泊系统的能力，而且会过分的使用推进器。Per Ivar Barth Berntsen等人提出了一种基于可靠性因子的控制器的设计方法，将定位点选取到缆线临界因子处，但此方法在恶劣海况下且有瞬时风力等环境影响时会造成系泊缆的断裂。
【发明内容】
[0004]本发明目的 在于提供一种基于缆线安全的船舶系泊动力定位控制方法，既能避免对系泊缆的破坏，又能降低对推进器的频繁使用带来的磨损，从而减少能耗。
[0005]实现本发明目的技术方案:
[0006]一种基于缆线安全的船舶系泊动力定位控制方法，其特征在于:
[0007]步骤1:通过测量系统测量船舶的位置和艏向；
[0008]步骤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状态反馈控制器；
[0009]步骤3:计算系泊缆线张力，计算系泊缆线的可靠性因子；
[0010]步骤4:基于系泊缆线的可靠性因子，状态反馈控制器获得基于缆线安全和约束函数的控制量〒，并将控制量〒发送执行机构；
[0011]步骤5:执行机构即推进器执行指令，根据控制量?将船舶移动到缆线安全
[0012]下的期望位置。步骤3中，每一根系泊缆线可靠性因子指数值通过如下公式
[0013]计算获得，
[0014]^ (0 =-, k = l,...,q
fT
uhk[0015]式中，Tb，k是第k根系泊缆线断裂强度的平均值，σ k是时变张力的标准偏差，kk是比例系数，Tk(t)是系泊缆线张力，0b，k是断裂强度的平均值的标准偏差。
[0016]步骤3中，系泊缆线张力Tk(t)通过悬链线方法计算获得。
[0017]步骤4中，状态反馈控制器的最终输出控制量?通过如下公式获得，
[0018]? =
[0019]其中，TbspS状态反馈控制器输出的力和力矩，
【权利要求】
1.一种基于缆线安全的船舶系泊动力定位控制方法，其特征在于: 步骤1:通过测量系统测量船舶的位置和艏向； 步骤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状态反馈控制器；步骤3:计算系泊缆线张力，计算系泊缆线的可靠性因子； 步骤4:基于系泊缆线的可靠性因子，状态反馈控制器获得基于缆线安全和约束函数的控制量?，并将控制量?发送执行机构； 步骤5:执行机构即推进器执行指令，根据控制量?将船舶移动到缆线安全下的期望位置。
2.根据权利要求1所述的基于缆线安全的船舶系泊动力定位控制方法，其特征在于:步骤3中，每一根系泊缆线可靠性因子指数值通过如下公式计算获得，
3.根据权利要求2所述的基于缆线安全的船舶系泊动力定位控制方法，其特征在于:步骤3中，系泊缆线张力Tk(t)通过悬链线方法计算获得。
4.根据权利要求3所述的基于缆线安全的船舶系泊动力定位控制方法，其特征在于:步骤4中，状态反馈控制器的最终输出控制量?通过如下公式获得，
5.根据权利要求4所述的基于缆线安全的船舶系泊动力定位控制方法，其特征在于:步骤2中，卡 尔曼滤波器采用无迹卡尔曼滤波器。
【文档编号】G05D1/02GK104020765SQ201410234808
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】王元慧, 窦向会, 付明玉, 丁福光, 邹春太, 庹玉龙, 赵大威, 王成龙, 刘彦文 申请人:哈尔滨工程大学