一種船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法，所述的系統(tǒng)包括N艘船舶、N個(gè)個(gè)體控制器和通信網(wǎng)絡(luò)；所述的N艘船舶與N個(gè)個(gè)體控制器一一對(duì)應(yīng)，N艘船舶分別與N個(gè)個(gè)體控制器雙向連接；所述的通信網(wǎng)絡(luò)的輸出端分別與N個(gè)個(gè)體控制器連接，通信網(wǎng)絡(luò)的輸入端分別與N艘船舶連接；所述的個(gè)體控制器包括第一級(jí)比較單元、第二級(jí)比較器單元、虛擬控制器、濾波器、自適應(yīng)單元和控制單元。本發(fā)明提出一種多船舶相對(duì)動(dòng)力定位控制系統(tǒng)，能夠保證多船舶保持既定的相對(duì)位置，并共同跟蹤虛擬領(lǐng)航者的給定位置。與傳統(tǒng)單艘船舶的定位控制系統(tǒng)相比，具有更廣泛的任務(wù)領(lǐng)域、更高的效率和改良的系統(tǒng)性能，適用于規(guī)模較大數(shù)目較多的船舶控制系統(tǒng)中。
【專利說明】一種船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶與海洋工程領(lǐng)域的船舶動(dòng)力定位技術(shù)，尤其涉及時(shí)變風(fēng)浪流擾動(dòng)下的船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶動(dòng)力定位是指在風(fēng)浪流等持續(xù)擾動(dòng)下，不借助錨泊系統(tǒng)，利用船舶本身的推進(jìn)裝置使船舶以一定的姿態(tài)保持在海面某目標(biāo)位置或精確地跟蹤某一給定軌跡，以完成各種作業(yè)任務(wù)。它具有控制精度高、靈活性好、成本不會(huì)隨水深增加而增加的優(yōu)點(diǎn)，因此在海洋石油鉆井平臺(tái)以及打撈救助船、工程供應(yīng)船、消防船等各種船舶上獲得廣泛的應(yīng)用，是維持海洋浮式作業(yè)平臺(tái)和船舶正常工作的關(guān)鍵。
[0003]動(dòng)力定位技術(shù)的發(fā)展可分為三個(gè)階段，第一階段是常規(guī)的PID控制與低通、陷波濾波技術(shù)相結(jié)合；第二階段是以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)，即最優(yōu)控制和Kalman濾波理論相結(jié)合的控制方法；第三階段采用智能控制理論和方法，如魯棒控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、非線性模糊型預(yù)測(cè)控制等。
[0004]然而上述控制方法都是針對(duì)單艘船舶的動(dòng)力定位技術(shù)，隨著海洋開發(fā)不斷向著遠(yuǎn)海、深海擴(kuò)展，單船舶動(dòng)力定位技術(shù)已不能滿足實(shí)際海洋作業(yè)的需求，越來越多場(chǎng)合需要多船舶進(jìn)行合作動(dòng)力定位來完成更為復(fù)雜的任務(wù)?，F(xiàn)有的單船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的局限性主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:一是控制器對(duì)個(gè)體船舶實(shí)施單獨(dú)控制會(huì)極大的制約整體功能的實(shí)現(xiàn)，無法保證個(gè)體船舶間相對(duì)位置的精確性，船舶間因缺乏信息交換易導(dǎo)致控制信息分散、系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)能力差等缺陷。二是在控制結(jié)構(gòu)上屬于集中式控制，其特點(diǎn)是控制器需掌握整體全部信息并對(duì)個(gè)體實(shí)施單獨(dú)控制，這種控制結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)帶寬有限、感知能力有限等物理?xiàng)l件的制約，尤其在控制對(duì)象數(shù)量較多規(guī)模較大的情況下，易造成控制器算法復(fù)雜、信息量大，增加了工程實(shí)現(xiàn)的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種既可提高多船舶間相對(duì)位置定位的精確性和整體協(xié)調(diào)能力，又結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算量小、易于工程實(shí)現(xiàn)、對(duì)海上作業(yè)的時(shí)變風(fēng)浪流的擾動(dòng)有良好的適應(yīng)效果的船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)，包括N艘船舶、N個(gè)個(gè)體控制器和通信網(wǎng)絡(luò)；所述的N艘船舶與N個(gè)個(gè)體控制器一一對(duì)應(yīng)，N艘船舶分別與N個(gè)個(gè)體控制器雙向連接；所述的通信網(wǎng)絡(luò)的輸出端分別與N個(gè)個(gè)體控制器連接，通信網(wǎng)絡(luò)的輸入端分別與N艘船舶連接；所述的N艘船舶滿足同樣的運(yùn)動(dòng)模型，所述的N個(gè)個(gè)體控制器結(jié)構(gòu)相同；
[0008]所述的個(gè)體控制器包括第一級(jí)比較單元、第二級(jí)比較器單元、虛擬控制器、濾波器、自適應(yīng)單元和控制單元；所述的第一級(jí)比較單元的輸入端分別連接對(duì)應(yīng)的船舶和通信網(wǎng)絡(luò)、其輸出端連接虛擬控制器；所述的虛擬控制器的輸入端還連接通信網(wǎng)絡(luò)、其輸出端連接濾波器；所述的濾波器的輸出端分別連接控制單元和第二級(jí)比較器單元；所述的第二級(jí)比較器單元的輸入端還與對(duì)應(yīng)的船舶連接、其輸出端分別連接控制單元和自適應(yīng)單元；所述的自適應(yīng)單元的輸出端與控制單元的輸入端連接；所述的控制單元還與對(duì)應(yīng)的船舶雙向連接。
[0009]一種船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟:
[0010]A、建立第i艘船舶的運(yùn)動(dòng)模型
[0011]設(shè)船舶的序列號(hào)為i，則i=l、2、3、…、N;
[0012]為了船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，首先建立第i艘船舶的運(yùn)動(dòng)模型如下:
【權(quán)利要求】
1.一種船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)，其特征在于:包括N艘船舶、N個(gè)個(gè)體控制器和通信網(wǎng)絡(luò)；所述的N艘船舶與N個(gè)個(gè)體控制器一一對(duì)應(yīng)，N艘船舶分別與N個(gè)個(gè)體控制器雙向連接；所述的通信網(wǎng)絡(luò)的輸出端分別與N個(gè)個(gè)體控制器連接，通信網(wǎng)絡(luò)的輸入端分別與N艘船舶連接；所述的N艘船舶滿足同樣的運(yùn)動(dòng)模型，所述的N個(gè)個(gè)體控制器結(jié)構(gòu)相同； 所述的個(gè)體控制器包括第一級(jí)比較單元、第二級(jí)比較器單元、虛擬控制器、濾波器、自適應(yīng)單元和控制單元；所述的第一級(jí)比較單元的輸入端分別連接對(duì)應(yīng)的船舶和通信網(wǎng)絡(luò)、其輸出端連接虛擬控制器；所述的虛擬控制器的輸入端還連接通信網(wǎng)絡(luò)、其輸出端連接濾波器；所述的濾波器的輸出端分別連接控制單元和第二級(jí)比較器單元；所述的第二級(jí)比較器單元的輸入端還與對(duì)應(yīng)的船舶連接、其輸出端分別連接控制單元和自適應(yīng)單元；所述的自適應(yīng)單元的輸出端與控制單元的輸入端連接；所述的控制單元還與對(duì)應(yīng)的船舶雙向連接。
2.一種船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:包括以下步驟: A、建立第i艘船舶的運(yùn)動(dòng)模型 設(shè)船舶的序列號(hào)為i，則i=l、2、3、…、N; 為了船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，首先建立第i艘船舶的運(yùn)動(dòng)模型如下:
【文檔編號(hào)】G05B13/00GK103699007SQ201410013034
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】彭周華, 劉陸, 王丹, 景云 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)