基于风流前馈的动力定位模型试验控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于风流前馈的动力定位模型试验控制方法，由位置测量系统测量得到船舶的位置，该位置信息发送到滤波器中，由滤波器估算出船舶的低频位置x和低频速度v，此信息进一步发送到中心PID控制器，PID控制器计算出所需的控制力τ，依据船舶在该艏向角下的水上和水下投影面积，估算出船舶此时所受的风力和流力，提前将其加入到控制力τ中：τ＝k

【技术实现步骤摘要】
基于风流前馈的动力定位模型试验控制方法及系统
本专利技术涉及一种基于风流前馈的动力定位模型试验控制方法，用于船舶动力定位，属于海洋工程

技术介绍
在海洋工程领域，为了确定海洋结构物的受力、运动、系泊系统及立管系统的运动响应，为今后的设计提供重要依据，物理模型试验是一种重要的手段。动力定位模型试验能够在风浪流水池中，模拟海洋结构物在指定海况下的定位精度、功率消耗等重要信息，为实际应用中动力定位系统的设计提供重要参考，因此非常重要。一旦结构物定位精度达不到要求，偏移过大，就难以获得真实定位情况下系统的各项参数，必须要保证精准的定位。现有的海洋结构物模型的动力定位方法，采用纯反馈控制，必须先有偏移才有力反馈，虽然有积分环节，但为了保证系统的稳定性，通常积分系数取值非常小。而实际控制中很容易受到外界的扰动而产生较大的偏移，在定位点附近来回震荡，最终导致系统达不到要求的定位精度，使测量得到的数据信息难以对工程应用提供参考价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于风流前馈的控制方法，通过实时测量船舶重心处的风速和流速，以及船舶的姿态，依据船舶在该角度下的投影面积，估算船舶此时所受的风力和流力，以前馈的形式加入反馈回路，能提前控制推进器产生相应推力，抵抗外载荷，阻止船舶的偏移，保证高精度的定位。本专利技术采取以下技术方案：一种基于风流前馈的动力定位模型试验控制方法，由位置测量系统测量得到船舶的位置，该位置信息发送到滤波器中，由滤波器估算出船舶的艏向角、低频位置x和低频速度v，此信息进一步发送到中心PID控制器，PID控制器计算出所需的控制力τ，经过推力分配模块，将该推力分配到动力定位船舶的各个推进器上；控制力τ表达为：τ＝kp*x+kd*v+ki*∫xdt；船舶重心位置附近安装风速计、流速计，测量得到对应的风速和流速；依据船舶在该艏向角下的水上和水下投影面积，估算出船舶此时所受的风力和流力，提前将其加入到控制力τ中：τ＝kp*x+kd*v+ki*∫xdt+F风前馈+F流前馈；式中ρ气和ρ水为气体和水的密度，S上和S下分别为水线以上和水线以下的投影面积，特定艏向角下的S下和S上是已知量；C为力的系数，v为测量得到的风速和流速；kp、kd和ki分别为PID控制器的比例系数、微分系数和积分系数，t表示的是时间。一种实施上述试验控制方法的系统，包括中心PID控制器、位置测量系统，滤波器，风前馈控制器，流前馈控制器，风速计，流速计，动力定位船舶；所述中心PID控制器、动力定位船舶、位置测量系统、滤波器、中心PID控制器依次连接；风速计与风前馈控制器连接；流速计与流前馈控制器连接；滤波器、风前馈控制器、中心PID控制器依次连接；滤波器、流前馈控制器、中心PID控制器依次连接。本专利技术的有益效果在于：1)由于有前馈力的加入，使得船舶不需要先有偏移，就能产生大致的推力抵抗外界环境载荷，从而能保证船舶高精度的定位。2)采用风流前馈的方式，显著提高动力定位模型试验的定位精度，使测量得到的数据能对实际动力定位系统的设计提供重要参考。3)测量得到的数据信息对工程应用提供了较高的参考价值。附图说明图1是本专利技术基于风流前馈的动力定位模型试验控制方法的控制流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进一步说明。实施例一：本实施例作为对比实施例，涉及现有技术，假设船舶定位在原点，针对传统的控制方法，由位置测量系统测量得到船舶此时的位置，该位置信息发送到滤波器中，由滤波器估算处船舶的低频位置x和低频速度v，此信息进一步发送到中心PID控制器，计算出所需的控制力τ，最后经过推力分配模块，将该推力分配到动力定位船舶的各个推进器上。控制力可表达为τ＝kp*x+kd*v+ki*∫xdt这是一种纯反馈的控制方法，必须先有偏移才有力反馈，虽然有积分环节，但为了保证系统的稳定性，通常积分系数取值非常小。实际控制中很容易受到外界的扰动而产生较大的偏移，在定位点附近来回震荡，最终导致系统达不到要求的定位精度，使测量得到的数据信息难以对工程应用提供参考。实施例二：实施例二本专利技术技术方案的实施例。针对本专利技术的控制方法，我们通过安装在船舶重心位置附近的风速计、流速计，测量得到对应的风速和流速；依据船舶在该艏向角下的水上和水下投影面积，估算出船舶此时所受的风力和流力，提前将其加入到控制力τ中：τ＝kp*x+kd*v+ki*∫xdt+F风前馈+F流前馈式中ρ为气体和水的密度，S分别为水线以上和水线以下的投影面积，可根据艏向角确定，艏向角是船舶领域的术语，表示风浪流的方向，比如艏向角180度表示是顶着风浪流，90度时是表示风浪流从舷侧垂直作用于船舶。C为力的系数，按照工程经验选取，C的具体选择不影响方案的实施，v为测量得到的风速和流速。由于有前馈力的加入，使得船舶不需要先有偏移，就能产生大致的推力抵抗外界环境载荷，从而能保证船舶高精度的定位，这点对于动力定位试验尤为重要。本专利技术采用风流前馈的方式，显著提高动力定位模型试验的定位精度，使测量得到的数据能对实际动力定位系统的设计提供重要参考。实施例二是本专利技术的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本专利技术总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本专利技术要求保护的范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于风流前馈的动力定位模型试验控制方法，其特征在于：/n由位置测量系统测量得到船舶的位置，该位置信息发送到滤波器中，由滤波器估算出船舶的艏向角、低频位置x和低频速度v，此信息进一步发送到中心PID控制器，PID控制器计算出所需的控制力τ，经过推力分配模块，将该推力分配到动力定位船舶的各个推进器上；/n控制力τ表达为：τ＝k

【技术特征摘要】
1.一种基于风流前馈的动力定位模型试验控制方法，其特征在于：
由位置测量系统测量得到船舶的位置，该位置信息发送到滤波器中，由滤波器估算出船舶的艏向角、低频位置x和低频速度v，此信息进一步发送到中心PID控制器，PID控制器计算出所需的控制力τ，经过推力分配模块，将该推力分配到动力定位船舶的各个推进器上；
控制力τ表达为：τ＝kp*x+kd*v+ki*∫xdt
船舶重心位置附近安装风速计、流速计，测量得到对应的风速和流速；
依据船舶在该艏向角下的水上和水下投影面积，估算出船舶此时所受的风力和流力，提前将其加入到控制力τ中：
τ＝kp*x+kd*v+ki*∫xdt+F风前馈+F流前馈；






式中ρ气和ρ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，贺华成，韩森，汤紫莹，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31