一种减少动力定位船舶推进器磨损的推力分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种减少动力定位船舶推进器磨损的推力分配方法，先根据动力定位船舶的推进器布置情况，建立推力分配的数学模型，然后利用二次规划算法对所述的推力分配数学模型进行求解，得到各推进器的推力大小和方向，再计算上个分配周期的各推进器角度和当前分配推进器角度的差值，对比差值与规定阈值的大小，若差值大于阈值，则输出当前的推力大小和方向，若差值小于规定的阈值，则保持推进器的方位角不变，重新建立推力分配的数学模型进行二次推力分配，重新计算各推进器的推力大小和方向。采用本发明专利技术所提出的推力分配方法可以有效避免全回转推进器频繁转动，从而可以减少推进器的磨损，提供推进器的使用寿命。

A Method of Thrust Distribution for Reducing Wear of Propellers in Dynamic Positioning Ships

The invention discloses a thrust distribution method for reducing the wear of propellers of dynamically positioned ships. Firstly, according to the layout of propellers of dynamically positioned ships, a mathematical model of thrust distribution is established. Then, the mathematical model of thrust distribution is solved by using quadratic programming algorithm, the thrust magnitude and direction of each propeller are obtained, and then the propeller angles of the last distribution cycle are calculated. If the difference is greater than the threshold value, the current thrust magnitude and direction will be output. If the difference is less than the threshold value, the azimuth angle of the propeller will remain unchanged. The mathematical model of thrust distribution will be re-established for secondary thrust distribution, and the thrust magnitude and direction of each propeller will be recalculated. The thrust distribution method proposed by the invention can effectively avoid frequent rotation of the full rotary thruster, thereby reducing the wear of the thruster and providing the service life of the thruster.

【技术实现步骤摘要】
一种减少动力定位船舶推进器磨损的推力分配方法
本专利技术属于船舶动力定位系统，尤其涉及一种动力定位系统中减少全回转推进器磨损的推力分配方法。
技术介绍
当前动力定位系统在海洋工程船舶上的应用非常广泛，已经成为了开发和利用深海资源不可或缺的系统。传统的锚泊定位系统由于受到水深和船舶机动性的限制，不能满足船舶或平台深海定位作业的需要。而动力定位系统可以利用自身推进器产生的推力来抵消外界环境力，从而使船舶或平台保持在预定位置或轨迹上，具有不受水深限制、定位精度高、机动性好的优点。推力分配是动力定位系统的重要组成部分，其主要功能是在有限的时间内快速找到各推进器的最优推力和角度的组合来满足控制器所要求的合力和力矩，其性能的好坏直接影响到动力定位船舶或平台海上作业定位的精确性、稳定性和操纵性。动力定位船舶或平台通常会装备多个全回转推进器，由于海洋环境复杂多变，为了满足控制力和力矩的要求，在可变角度模式下，采用传统的推力分配方法，全回转推进器需要频繁快速的变换角度，从而导致全回转推进器的回转装置磨损严重，降低推进器的使用寿命，进而影响动力定位船舶或平台运营的经济性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种减少动力定位船舶推进器磨损的推力分配方法，在保证船舶或平台定位精度的前提下，可以避免全回转推进器频繁小角度转动，减少推进器的磨损，从而提高推进器的使用寿命。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种减少动力定位船舶推进器磨损的推力分配方法，包括如下步骤。步骤1，根据动力定位船舶的推进器布置情况，建立推力分配的数学模型；步骤2，利用二次规划算法对所述的推力分配数学模型进行求解，得到各推进器的推力大小和方向；步骤3，计算上个分配周期和当前分配周期各推进器方位角度的差值∆αi=α0i-α1i，对比方位角角度差值∆αi和规定阈值δ的大小，若∆αi≥δ，则直接输出当前分配的推力大小和方向；步骤4，若∆αi<δ，则保持各推进器的方位角不变，重新建立推力分配的数学模型，进行二次推力分配，计算各推进器的推力大小和方向，然后输出推力分配结果。进一步，所述的步骤4中，基于上个分配周期各推进器的方位角，以降低船舶燃油消耗和提高定位精度为目的，综合考虑推进系统的物理约束，新建如下推力分配数学模型：s.t式中，表示各推进器的推力大小；权值矩阵表示各推进器推力的权值矩阵；表示在动力定位船舶或平台三个自由度上期望控制力和实际分配力矩的偏差；权值矩阵表示推力偏差的惩罚权重，通常的取值要足够大，以保证实际分配的力和力矩与期望的控制力和力矩的偏差趋近与零；表示推力的上限值；表示推力的下限值；表示推力变化率；表示推力变化率的下限值；表示推力变化率的上限值；表示前一个分配周期各推进器的角度。本专利技术的有益效果是：采用本专利技术所提出的推力分配方法可以有效避免全回转推进器频繁转动，从而可以减少推进器的磨损，提供推进器的使用寿命。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为验证本专利技术的推进器布置结构示意图；图3为动力定位系统上层控制器给出的控制力和力矩；图4为分别采用传统推力分配方法和本专利技术分配方法的推进器方位角变化对比。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术方案的有效性便于理解，结合下面实例对本专利技术的及时方案进一步的说明。本专利技术减少动力定位船舶推进器磨损的推力分配方法流程如图1所示，具体包括以下步骤：步骤1，根据动力定位船舶的推进器布置情况，建立推力分配的数学模型；步骤2，利用二次规划算法对所述的推力分配数学模型进行求解，得到各推进器的推力大小和方向；步骤3，计算上个分配周期的各推进器角度和当前分配推进器角度的差值，对比差值与规定阈值的大小，若差值大于阈值，则输出当前的推力大小和方向；步骤4，若差值小于规定的阈值，则保持推进器的方位角不变，重新建立推力分配的数学模型进行二次推力分配，重新计算各推进器的推力大小和方向。该问题的本质是一个带约束条件的最优化问题，考虑到动力定位系统对实时性要求非常高，可以采用二次规划算法求解上述推力分配模型，得到各推进器推力的大小和方向，最后输出推力分配结果。步骤4中，基于上个分配周期各推进器的方位角，以降低船舶燃油消耗和提高定位精度为目的，综合考虑推进系统的物理约束，新建如下推力分配数学模型：s.t．式中，表示各推进器的推力大小；权值矩阵表示各推进器推力的权值矩阵；表示在动力定位船舶或平台三个自由度上期望控制力和实际分配力矩的偏差；权值矩阵表示推力偏差的惩罚权重，通常的取值要足够大，以保证实际分配的力和力矩与期望的控制力和力矩的偏差趋近与零；表示推力的上限值；表示推力的下限值；表示推力变化率；表示推力变化率的下限值；表示推力变化率的上限值；表示前一个分配周期各推进器的角度。本实施例中权值矩阵；权值矩阵；=49.05；=0；表示推力变化率；=0；=10；阈值φ=4。图2为验证本专利技术推进器的布置结构示意图，以本船模为计算对象对本专利技术进行阐述。本船舶模型各推进器的技术参数如下表1所示：采用matlab仿真平台对本专利技术提出的方法进行验证，图3表示由动力定位系统上层控制器分配的期望控制力和力矩；图4表示采用传统推力分配方法和采用本专利技术提出的推力分配方法的推进器方位角变化对比，由图可知，采用本专利技术所提出的推力分配方法可以有效避免全回转推进器频繁转动，从而可以减少推进器的磨损，提供推进器的使用寿命。本文中所描述的具体实施例仅是对本专利技术精神作举例说明。本专利技术所属
的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本专利技术的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减少动力定位船舶推进器磨损的推力分配方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，根据动力定位船舶的推进器布置情况，建立推力分配的数学模型；步骤2，利用二次规划算法对所述的推力分配数学模型进行求解，得到各推进器的推力大小和方向；步骤3，计算上个分配周期和当前分配周期各推进器方位角度的差值∆α

【技术特征摘要】
1.一种减少动力定位船舶推进器磨损的推力分配方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，根据动力定位船舶的推进器布置情况，建立推力分配的数学模型；步骤2，利用二次规划算法对所述的推力分配数学模型进行求解，得到各推进器的推力大小和方向；步骤3，计算上个分配周期和当前分配周期各推进器方位角度的差值∆αi=α0i-α1i，对比方位角角度差值∆αi和规定阈值δ的大小，若∆αi≥δ，则直接输出当前分配的推力大小和方向；步骤4，若∆αi<δ，则保持各推进器的方位角不变，重新建立推力分配的数学模型，进行二次推力分配，计算各推进器的推力大小和方向，然后输出推力...

【专利技术属性】
技术研发人员：文武，夏义，陈卓，张奇，周兴，鲍鹏，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42