一种船舶动力定位时的推进器及舵控制方法技术

本发明专利技术涉及一种船舶动力定位时的推进器及舵控制方法，包括以下步骤：(1)、形成矩阵形式的船舶受力模型；(2)、接收期望推力及期望转矩和船舶当前航速信息；(3)、形成多种工况；(4)、对每一种工况进行优化求解计算；(5)、将求解得到的目标函数的数值进行对比，选取目标函数最小的一个作为推力分配方案；(6)、确定各主推进器的实时推力系数及推力减额分数；(7)、根据各推进器的转速求解公式，得到各推进器的转速；(8)、将得到的各推进器的转速及各舵的舵角传递给推进器及舵的控制器，实现对推进器和舵的控制。其能够更好地实现对各推进器及舵的控制，从而提高动力定位系统的有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶动力定位时的推进器及舵控制方法
本专利技术属于船舶推力分配
，涉及一种船舶的推进器及舵控制方法，具体涉及一种船舶动力定位时的推进器及舵控制方法方法。
技术介绍
随着不同用途船舶的出现及船舶数量的不断增多，对于船舶自身在航行中的控位能力就变得越来越重要。拥有良好的动力定位技术的船舶不仅能够高效完成各项任务，而且能够保证船舶随时处于一个安全的环境之中。随着科技的不断进步，船舶动力定位技术也变得越来越先进。在动力定位技术中，推力分配模块性能的优劣直接关系到动力定位系统的整体性能，而在推力分配模块中，除了选取合适的推力分配优化算法，推进器的模型及相应参数的选取及动态变化也是推力分配模块中及其重要的一部分。在现阶段推力分配(也就是，对推进器及舵的控制)的研究当中，相关参数仅仅适用于螺旋桨正转使船舶前进的状态，对于螺旋桨反转及船舶倒航时的参数变化研究相对偏少，少量推力分配的研究考虑了推进器的推力方向的不同对于船舶推力分配的影响，将推力方向变化同推进器在不同状态下的参数变化相结合，形成合理有效的船舶全工况的推力分配控制流程与方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶动力定位时的推进器及舵控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)、根据船舶推进器的配置形成矩阵形式的船舶受力模型；/n(2)、接收上层控制器的期望推力及期望转矩，同时接收船舶当前的航速信息；/n(3)、根据船舶推进器的配置形成多种工况；/n(4)、对每一种工况运用选定好的优化算法进行优化求解计算；/n(5)、将求解得到的目标函数的数值进行对比，选取目标函数最小的一个作为推力分配方案，输出各推进器的推力和各舵的舵角；/n(6)、根据输出的推进器的推力大小及其正负和船舶的实时纵向速度确定各主推进器的实时推力系数及推力减额分数；/n(7)、根据各推进器的转速求解公式，得到各推进器的转...

【技术特征摘要】
1.一种船舶动力定位时的推进器及舵控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、根据船舶推进器的配置形成矩阵形式的船舶受力模型；
(2)、接收上层控制器的期望推力及期望转矩，同时接收船舶当前的航速信息；
(3)、根据船舶推进器的配置形成多种工况；
(4)、对每一种工况运用选定好的优化算法进行优化求解计算；
(5)、将求解得到的目标函数的数值进行对比，选取目标函数最小的一个作为推力分配方案，输出各推进器的推力和各舵的舵角；
(6)、根据输出的推进器的推力大小及其正负和船舶的实时纵向速度确定各主推进器的实时推力系数及推力减额分数；
(7)、根据各推进器的转速求解公式，得到各推进器的转速；
(8)、将得到的各推进器的转速及各舵的舵角传递给推进器及舵的控制器，实现对推进器和舵的控制。


2.根据权利要求1所述的船舶动力定位时的推进器及舵控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中形成的矩阵形式的船舶受力模型为：
τ＝B(δ)T
其中：τ为上层控制器的期望推力及期望转矩组成的矩阵，
τ＝[τx,τy,Mz]T
τx为沿船长方向的期望推力，
τy为沿船宽方向的期望推力，
Mz为绕船舶旋转中心的期望转矩，
B(δ)为与舵角δ有关的系数矩阵，



其中：t′为舵的阻力减额系数，计算公式如下：



CB为船舶方形系数，
αH为操舵诱导的船体横向力的修正因子，其计算公式为：



xH为操舵诱导的船体横向力作用中心至船舶重心的距离，其计算公式为：
xH＝-L(0.4+0.1CB)，
L为船长，
ym为第m个主推进器的位置的纵坐标，其中，m＝1…M，M为主推进器的总个数；xb为第b个侧向推进器的位置的横坐标，其中，b＝1…B，B为侧向推进器的总个数；xj为第j个舵的舵叶位置的横坐标，yj为第j个舵的舵叶位置的纵坐标，δj为第j个舵的舵角，j＝1…J，J为舵的总个数；
T为推进器及舵的推力组成的矩阵；



其中：Ti为第i个推进器产生的推力，i＝1…I，I＝M+B；
FN,j为第j个舵的法向力；



CN,j为第j个舵的法向力系数，利用藤井公式计算得到：



αj为第j个舵的有效攻角，αj＝δj；
λ为舵的展舷比；
Uj为第j个舵的舵叶前缘的来流速度；
k1代表船体对舵的来流速度的影响，
k1＝(1-ωR)2



式中，ΔωR为船艉形状对舵叶伴流分数的影响，
W为舵的布置位置对舵叶伴流分数的影响



h1为舵叶下缘距离船体基线的距离，
h2为舵高，
H为船体基线与舵杆中心线与船体的交点的距离，
k2代表主推进器尾流对舵的来流速度的影响，k2＝1，
k3代表有无舵柱对舵的来流速度的影响，无舵柱时k3＝1，
ρ为海水密度；
Aj为第...

【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，王曼曼，于新岩，
申请(专利权)人：智慧航海青岛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37