一种面向无人拖航作业的分布式集群控制系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向无人拖航作业的分布式集群控制系统及其方法，解决了传统拖航作业程序繁琐、操作复杂、风险大效率低的弊端，其技术方案要点是通过确定被拖母船拖航作业的目的地，规划出被拖母船的预期拖航轨迹；根据被拖母船当前位置与预期拖航轨迹的偏差，通过PID控制方法计算被拖母船下一步所需抵达的预期位置；根据被拖母船所需到达的预期位置，计算获得每条无人拖船下一步所需抵达的预期位置；通过无人拖船各自的动力定位模块，达到各自需要抵达的预期位置完成编队，通过缆绳牵动被拖母船完成被拖母船的拖航作业，本发明专利技术的一种面向无人拖航作业的分布式集群控制方法，能使得海上拖航作业无人化和智能化，有效提高拖航作业的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种面向无人拖航作业的分布式集群控制系统及其方法
本专利技术涉及海洋工程领域，特别涉及一种面向无人拖航作业的分布式集群控制系统及其方法。
技术介绍
随着全球航运事业的发展和通航密度的增大，拖航业务也进入繁忙阶段。同时，船舶逐渐向大型化发展，其进出港、靠离码头等特殊工况下，操纵比较困难，需要借助拖轮拖带来协助操船。对于没有自航能力的驳船或者失去自航能力的船舶的海上救助也需要拖带完成。此外，海洋钻井平台的转移同样依赖拖船拖带作业完成。传统拖航作业多是依靠船长和引航员的经验来现场应变，这种操纵方式很难精确地设定和控制拖航时的航线，同时也可能增加拖航航行的危险。同时，引航员通过传呼机发送指令给多名拖船船长，从指令逐条发送完成到各个拖船完成相应的拖带动作，之间存在着一定的延迟，这样的延迟在日益繁忙的航线和海港中易引发事故。传统人工拖航作业仍存在无法克服程序繁琐、操纵复杂、风险较大、效率低下等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种面向无人拖航作业的分布式集群控制系统及其方法，能使得海上拖航作业无人化和智能化，有效提高拖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向无人拖航作业的分布式集群控制方法，其特征是，包括有以下步骤：/n确定被拖母船拖航作业的目的地，规划出一条被拖母船的预期拖航轨迹；/n根据被拖母船当前位置与预期拖航轨迹的偏差，通过PID控制方法计算被拖母船下一步所需抵达的预期位置；/n根据被拖母船所需到达的预期位置，计算获得每条无人拖船下一步所需抵达的预期位置；/n通过无人拖船各自的动力定位模块，达到各自需要抵达的预期位置完成编队，通过缆绳牵动被拖母船完成被拖母船的拖航作业。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向无人拖航作业的分布式集群控制方法，其特征是，包括有以下步骤：
确定被拖母船拖航作业的目的地，规划出一条被拖母船的预期拖航轨迹；
根据被拖母船当前位置与预期拖航轨迹的偏差，通过PID控制方法计算被拖母船下一步所需抵达的预期位置；
根据被拖母船所需到达的预期位置，计算获得每条无人拖船下一步所需抵达的预期位置；
通过无人拖船各自的动力定位模块，达到各自需要抵达的预期位置完成编队，通过缆绳牵动被拖母船完成被拖母船的拖航作业。


2.根据权利要求1所述的面向无人拖航作业的分布式集群控制方法，其特征是，规划被拖母船拖航轨迹具体如下：
通过开环低通滤波法规划出一条被拖母船的拖航轨迹，



其中，Pd(s)为频域下规划出的拖航轨迹，可通过傅里叶变换获得时域下的拖航轨迹；ωni与ζi分别为被拖母船的固有频率和相对阻尼系数，hlp(s)为相应的传递函数，s表示在频域下求解。


3.根据权利要求2所述的面向无人拖航作业的分布式集群控制方法，其特征是，被拖母船所需抵达的预期位置计算如下：
根据PID控制方法计算，



其中，Pd和Pload分别是预期拖航轨迹和母船当前位置,Kp、KD和KI分别是PID控制中的比例、微分和积分增益。


4.根据权利要求3所述的面向无人拖航作业的分布式集群控制方法，其特征是，无人拖船所需达到的预期位置计算具体如下：



其中，Kij和Gij分别是位置和速度的协同控制增益，δji是船j和船i的相关距离，是预先根据编队队形设置的常量。

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