一種船舶動力定位系統(tǒng)及其設計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船舶動力定位系統(tǒng)及其設計方法，所述的系統(tǒng)包括N艘船舶、N個個體控制器和通信網(wǎng)絡；所述的N艘船舶與N個個體控制器一一對應，N艘船舶分別與N個個體控制器雙向連接；所述的通信網(wǎng)絡的輸出端分別與N個個體控制器連接，通信網(wǎng)絡的輸入端分別與N艘船舶連接；所述的個體控制器包括第一級比較單元、第二級比較器單元、虛擬控制器、濾波器、自適應單元和控制單元。本發(fā)明提出一種多船舶相對動力定位控制系統(tǒng)，能夠保證多船舶保持既定的相對位置，并共同跟蹤虛擬領航者的給定位置。與傳統(tǒng)單艘船舶的定位控制系統(tǒng)相比，具有更廣泛的任務領域、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】一種船舶動力定位系統(tǒng)及其設計方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶與海洋工程領域的船舶動力定位技術，尤其涉及時變風浪流擾動下的船舶動力定位系統(tǒng)及其設計方法。
【背景技術】
[0002]船舶動力定位是指在風浪流等持續(xù)擾動下，不借助錨泊系統(tǒng)，利用船舶本身的推進裝置使船舶以一定的姿態(tài)保持在海面某目標位置或精確地跟蹤某一給定軌跡，以完成各種作業(yè)任務。它具有控制精度高、靈活性好、成本不會隨水深增加而增加的優(yōu)點，因此在海洋石油鉆井平臺以及打撈救助船、工程供應船、消防船等各種船舶上獲得廣泛的應用，是維持海洋浮式作業(yè)平臺和船舶正常工作的關鍵。
[0003]動力定位技術的發(fā)展可分為三個階段，第一階段是常規(guī)的PID控制與低通、陷波濾波技術相結合；第二階段是以現(xiàn)代控制理論為基礎，即最優(yōu)控制和Kalman濾波理論相結合的控制方法；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)絡控制、非線性模糊型預測控制等。
[0004]然而上述控制方法都是針對單艘船舶的動力定位技術，隨著海洋開發(fā)不斷向著遠海、深海擴展，單船舶動力定位技術已不能滿足實際海洋作業(yè)的需求，越來越多場合需要多船舶進行合作動力定位來完成更為復雜的任務?，F(xiàn)有的單船舶動力定位系統(tǒng)的局限性主要體現(xiàn)在以下兩個方面:一是控制器對個體船舶實施單獨控制會極大的制約整體功能的實現(xiàn)，無法保證個體船舶間相對位置的精確性，船舶間因缺乏信息交換易導致控制信息分散、系統(tǒng)整體協(xié)調能力差等缺陷。二是在控制結構上屬于集中式控制，其特點是控制器需掌握整體全部信息并對個體實施單獨控制，這種控制結構在實際應用中會受到網(wǎng)絡帶寬有限、感知能力有限等物理條件的制約，尤其在控制對象數(shù)量較多規(guī)模較大的情況下，易造成控制器算法復雜、信息量大，增加了工程實現(xiàn)的難度。

【發(fā)明內容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明要設計一種既可提高多船舶間相對位置定位的精確性和整體協(xié)調能力，又結構簡單、計算量小、易于工程實現(xiàn)、對海上作業(yè)的時變風浪流的擾動有良好的適應效果的船舶動力定位系統(tǒng)及其設計方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:
[0007]—種船舶動力定位系統(tǒng)，包括N艘船舶、N個個體控制器和通信網(wǎng)絡；所述的N艘船舶與N個個體控制器一一對應，N艘船舶分別與N個個體控制器雙向連接；所述的通信網(wǎng)絡的輸出端分別與N個個體控制器連接，通信網(wǎng)絡的輸入端分別與N艘船舶連接；所述的N艘船舶滿足同樣的運動模型，所述的N個個體控制器結構相同；
[0008]所述的個體控制器包括第一級比較單元、第二級比較器單元、虛擬控制器、濾波器、自適應單元和控制單元；所述的第一級比較單元的輸入端分別連接對應的船舶和通信網(wǎng)絡、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、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比較器單元；所述的第二級比較器單元的輸入端還與對應的船舶連接、其輸出端分別連接控制單元和自適應單元；所述的自適應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應的船舶雙向連接。
[0009]一種船舶動力定位系統(tǒng)的設計方法，包括以下步驟:
[0010]A、建立第i艘船舶的運動模型
[0011]設船舶的序列號為i，則i=l、2、3、…、N;
[0012]為了船舶動力定位系統(tǒng)的設計需要，首先建立第i艘船舶的運動模型如下:
【權利要求】
1.一種船舶動力定位系統(tǒng)，其特征在于:包括N艘船舶、N個個體控制器和通信網(wǎng)絡；所述的N艘船舶與N個個體控制器一一對應，N艘船舶分別與N個個體控制器雙向連接；所述的通信網(wǎng)絡的輸出端分別與N個個體控制器連接，通信網(wǎng)絡的輸入端分別與N艘船舶連接；所述的N艘船舶滿足同樣的運動模型，所述的N個個體控制器結構相同； 所述的個體控制器包括第一級比較單元、第二級比較器單元、虛擬控制器、濾波器、自適應單元和控制單元；所述的第一級比較單元的輸入端分別連接對應的船舶和通信網(wǎng)絡、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、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比較器單元；所述的第二級比較器單元的輸入端還與對應的船舶連接、其輸出端分別連接控制單元和自適應單元；所述的自適應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應的船舶雙向連接。
2.一種船舶動力定位系統(tǒng)的設計方法，其特征在于:包括以下步驟: A、建立第i艘船舶的運動模型 設船舶的序列號為i，則i=l、2、3、…、N; 為了船舶動力定位系統(tǒng)的設計需要，首先建立第i艘船舶的運動模型如下:
【文檔編號】G05B13/00GK103699007SQ201410013034
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權日:2014年1月10日
【發(fā)明者】彭周華, 劉陸, 王丹, 景云 申請人:大連海事大學