【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶动力定位控制领域，具体设计的是一种考虑输出约束的船舶推进器辅助锚泊定位系统控制方法。
技术介绍
1、随着对深海资源的日益开发，对海洋浮式结构物作业的安全性、经济性提出了更高的要求。海洋浮式结构物在海上作业时，会受到时变的海洋环境干扰。为了使其能保持在期望的作业位置上，一般都会配备定位系统。常用的定位系统有锚泊系统和动力定位系统。海洋浮式结构物一般会在海上长期作业，单纯的使用动力定位系统则成本会相对较高。另外，在深海作业过程中，会遇到极端恶劣海况，单纯的使用锚泊系统则很难满足实际的定位精度要求，甚至是不可行的。因此，为了满足实际的工程需求，一般海洋作业的浮式结构物会配有两种定位系统，将锚泊定位与动力定位相结合。这种混合定位系统也称为推进器辅助锚泊定位系统(tapm)，并成为船舶定位领域的重要研究方向之一。
2、在工程应用中锚泊系统的系泊性能直接关系到整个tapm系统的性能，甚至关系到作业的安全。尤其在极端恶劣海况下，锚泊系统面临断裂的风险较高。因此，本专利技术在考虑时变海洋环境扰动和推进器动态特性的前提下，利用障碍李雅普诺夫函数(blf)对船舶的位置误差进行约束，设计一种自适应定位控制系统，使定位船舶的位置在设定的安全范围内。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种考虑输出约束的推进器辅助锚泊定位系统控制方法。通过将船舶的位置限制在设定范围内以确保船只作业的安全性。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下设计方案。具体步骤如下：>
3、步骤1：为了实现锚泊系统的利用率最大化，使用位置设定点优化系统得到不同海况下船舶的期望位置信息ηd，并将其传给dp控制器。
4、步骤2：传感器系统将测得的船舶实时位置信息η＝[x,y,ψ]t传递给dp控制器和干扰观测器；
5、步骤3：干扰观测器对船舶受到的时变海洋环境干扰和船舶模型参数不确定项组成的混合扰动进行估计，并将实时估计值传递给dp控制器；
6、设计的干扰观测器的形式如下：
7、
8、
9、其中，为△的估计值，q(t)为设计的中间变量；k0∈r3×3为待设计的正定对角矩阵；v＝[u v r]t是船体坐标系下船舶的速度向量，u为纵荡速度，v为横荡速度，r为艏摇角速度，τ∈r3是推进系统产生的力及力矩；m∈r3×3是惯性质量矩阵；d∈r3×3是阻尼矩阵；由于这些模型参数与船舶不断变化的操作条件相关，模型参数存在不确定性。m＝m0+△m，d＝d0+△d，m0和d0代表名义值，△m和△d代表不确定部分；表示由时变海洋环境干扰和模型参数不确定项组成的混合扰动；d(t)∈r3表示时变海洋环境扰动向量；。
10、步骤4：利用悬链线法计算出锚泊系统四根锚链所产生的锚泊力，并传递给dp控制器。
11、步骤5：为确保定位船舶的位置在安全范围内，输出约束系统通过构建blf函数对船舶位置误差信息z1∈r3进行约束。构建的blf函数v1为：
12、
13、其中，kb∈r3是船舶位置误差约束的常值向量，||kb||≥||z1||，z1为跟踪误差，z1＝η-ηd；
14、步骤6：船舶dp控制器根据传感器测量的船舶的位姿信息、位置设定点优化系统得到的船舶期望位置、干扰观测器估计的混合扰动值以及锚泊系统计算出的锚泊力，计算得到需要的控制指令，并传送给推力分配系统；
15、控制器中设计的控制律为：
16、
17、其中，k3＝k3t∈r3×3为设计的正定矩阵；矩阵atr∈r3为对角阵；z3是跟踪误差，z3＝τ-β2，1，β2,1∈r3是滤波后的中间控制函数向量；s2为补偿跟踪误差信号，s2＝z2-χ2。
18、步骤7：推力分配系统利用推力分配算法根控制器计算的控制力和力矩转换为各个推进器需产生的推力和方位角，从而使船舶定位在期望的位置上。
19、本专利技术具有如下有益效果：
20、1.在船舶运动数学建模过程中，同时考虑了推进器动态特性、模型参数不确定性等问题，以提高tapm系统的定位精度。
21、2.通过引入障碍李雅普诺夫函数(blf)约束船舶位置误差，使船舶位置始终保持在安全工作范围内，避免锚泊系统发生断裂，确保船舶作业的安全性。
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1.一种考虑输出约束的船舶动力定位辅助锚泊系统控制方法，其特征在于，具体的实现步骤为：
【技术特征摘要】
1.一种考虑输出约束的船舶动力定位辅助锚泊系...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘彩云，邵春瑞，栾添添，孙明晓，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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