一种智能船舶自动锚泊优化方法技术

本发明专利技术涉及一种智能船舶自主锚泊优化方法，包括以下步骤：(1)、优化锚泊船舶的各个推进器的能耗、误差、机械特性以及锚泊船舶与周围其它船舶的相对位置，获得能耗和误差最小、锚泊船舶与周围其它船舶的相对位置最接近最小标准距离且机械特性符合要求下各个推进器的转速及推力角度，根据其实现对锚泊船舶的船位及艏向控制，从而使其保持锚泊船位；(2)、优化锚泊船舶的各个推进器所消耗的功率及锚机所消耗的功率，获得各个推进器所消耗的功率及锚机所消耗的功率最小情况下各个推进器的转速以及推力角度和锚机的速度，根据其实现对锚泊船舶的锚泊过程。其能够根据实时状况对锚泊过程进行优化，提升整个锚泊过程的经济性和效率性。

An optimization method for automatic mooring of intelligent ships

【技术实现步骤摘要】
一种智能船舶自动锚泊优化方法
本专利技术属于船舶锚泊
，涉及一种船舶锚泊优化方法，具体涉及一种智能船舶自动锚泊优化方法。
技术介绍
锚泊是指用锚缆、锚链及锚将浮式结构物或船舶系留于海上，以此限制由于外力导致的漂移，使其保持在预定位置上的定位方式。对于有人船舶来说，对其进行锚泊操作主要依靠人为经验进行。但是，对于智能船舶来说，由于无人在船舶上，不能够靠人为经验去进行相应的锚泊操作，因此自主锚泊技术成为智能船舶发展中必不可少的技术之一。自主锚泊操作要求利用传感器反馈航行环境和船舶自身状态的一系列信号，转化为抛锚系统所需信号，抛锚系统根据信号进行自主抛锚。目前针对锚泊系统的研究基本都是针对有人船的抛锚系统的研究，对于大型无人船的自主锚泊系统的研究极少。专利公开号为CN109733537A的专利公开了一种针对大型无人船的自主抛锚控制方法及系统，但是其只是提及了如何进行自主抛锚，并没有提到对于自主锚泊系统的优化问题。鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种智能船舶自动锚泊优化方法。r>
技术实现思路
...

【技术保护点】
1.一种智能船舶自主锚泊优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)、优化锚泊船舶的各个推进器的能耗、误差、机械特性以及锚泊船舶与周围其它船舶的相对位置，获得能耗和误差最小、锚泊船舶与周围其它船舶的相对位置最接近最小标准距离且机械特性符合要求下锚泊船舶的各个推进器的转速及推力角度，根据所述各个推进器的转速及推力角度实现对锚泊船舶的船位及艏向控制，从而使其保持锚泊船位；/n(2)、优化锚泊船舶的各个推进器所消耗的功率及锚机所消耗的功率，获得各个推进器所消耗的功率及锚机所消耗的功率最小情况下各个推进器的转速以及推力角度和锚机的速度，根据所述各个推进器的转速以及推力角度和锚机的速度实现对锚泊船舶的...

【技术特征摘要】
1.一种智能船舶自主锚泊优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、优化锚泊船舶的各个推进器的能耗、误差、机械特性以及锚泊船舶与周围其它船舶的相对位置，获得能耗和误差最小、锚泊船舶与周围其它船舶的相对位置最接近最小标准距离且机械特性符合要求下锚泊船舶的各个推进器的转速及推力角度，根据所述各个推进器的转速及推力角度实现对锚泊船舶的船位及艏向控制，从而使其保持锚泊船位；
(2)、优化锚泊船舶的各个推进器所消耗的功率及锚机所消耗的功率，获得各个推进器所消耗的功率及锚机所消耗的功率最小情况下各个推进器的转速以及推力角度和锚机的速度，根据所述各个推进器的转速以及推力角度和锚机的速度实现对锚泊船舶的锚泊过程。


2.根据权利要求1所述的智能船舶自主锚泊优化方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：
(1.1)、确定锚泊船舶的各个推进器消耗功率的总和
令
其中：P为单个推进器消耗的功率，n为推进器的转速，Q为推进器的螺旋桨产生的转矩，KQ为推进器的螺旋桨的转矩系数，KT为推进器的螺旋桨的推力系数，D为推进器的螺旋桨直径，T为推进器的螺旋桨产生的推力，ρ为海水密度，
令功率系数可得：



故船舶各个推进器消耗功率的总和表示为：



其中：Pd为船舶各个推进器消耗功率的总和，r为船舶中推进器的个数，Ti为第i个推进器的螺旋桨产生的推力，ci为第i个推进器的功率系数；
(1.2)、确定船舶的推进器的实际推力与期望推力的误差，即松弛变量
令τ＝B(α)T+s
其中：其为推进器的期望推力，τx为推进器沿船长方向上的期望推力，τy为推进器沿船宽方向上的期望推力，Mz为推进器沿垂荡方向上的期望力矩；其为船舶的各个推进器的螺旋桨产生的推力；r为船舶中推进器的个数；B(α)为船舶的推进器配置矩阵；s为松弛变量，即推进器的实际推力与期望推力之间的误差；
(1.3)、使各个推进器的机械特性符合要求
令Δαimin≤Δαi≤Δαimax,ΔTimin≤ΔTi≤ΔTimax
其中，Δαi为第i个推进器在单位时间内的推进角度变化速率，Δαimax,Δαimin分别为第i个推进器在单位时间内推进角度的变化速率的最大值及最小值，ΔTi为第i个推进器在单位时间内的推力变化量，ΔTimax,ΔTimin分别为第i个推进器在单位时间内的推力变化量的最大值及最小值；
(1.4)、确定锚泊船舶与周围其它船舶的相对位置
令ΔL＝(l-l′)2
其中，l′为锚泊船舶与周围其它船舶的最小标准距离，l为锚泊船舶与周围其它船舶之间的实际距离，ΔL为锚泊船舶与周围其它船舶之间的实际距离与最小标准距离之间的差值；
(1.5)、确定目标函数
目标函数为
约束条件分为等式约束和不等式约束：



式中：J为目标函数值，p1…p5为各项的权重，为第i个推进器所消耗的功率，Sx为推进器沿船长方向上的松弛变量，Sy为推...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓原，夏媛媛，姜雨函，朱慎超，曹志伟，范成叶，刘健，
申请(专利权)人：智慧航海青岛智能系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37