本发明专利技术涉及动力定位控制领域，具体涉及一种动力定位系统中的观测器的在线调整方法。本发明专利技术包括如下步骤：（1）测量船舶的位置，将数据转化到统一的坐标系下；（2）通过观测器或滤波器滤掉高频干扰；（3）利用AR谱估计模型对船舶运动响应数据进行AR谱估计。（4）选取频谱曲线的峰值点，解算出对应的峰值频率，对三个自由度上的峰值频率取均值得到最终的峰值频率ωp，并把获得的峰值频率发送给观测器进行参数K1和K2的在线更新；（5）通过自适应观测器滤掉高频信息，得到船舶位置和速度并把数据发送给动力定位系统。该方法可以保证观测器可以实时的获得变化海况的峰值频率，提高船舶在变海况下的作业精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及动力定位控制领域，具体涉及一种动力定位系统中的观测器的在线调整方法。
技术介绍
观测器设计是船舶动力定位系统需要考虑的重要问题。船舶动力定位系统利用状态观测器或滤波器从含有噪声的位置和艏向测量值中重构低频运动部分，其功能在于确保推进器系统只对慢变干扰力进行抵抗，而将一阶波浪力引起的高频振荡运动排除在反馈控制回路之外，从而降低机械结构磨损。在生产实践中，要求动力定位系统能够保证船舶在多种不同的海洋环境和速度范围内良好的运行，满足不同任务目标要求，并具有充分的可靠性和经济性，扩大船舶在海洋 中的可操作天气范围，延长船舶在海洋中的可运行时间。目前大多数动力定位船舶只可工作在确定的海况条件下，而现实中，需要动力定位船可以在不同海洋环境中工作。针对这种变化海况情况，需要为船舶动力系统设计一种适应海况变化的自适应观测器。目前为止针对船舶动力系统已经存在很多种观测器设计方法，如卡尔曼滤波和非线性无源观测器等，这些观测器都是在假设了解海况情况下对高频进行滤波的，也就是假设知道海浪的峰值频率，而现实中峰值频率是不断缓慢变化的。所以当海况变化时，如何自动的调整观测器的参数是目前需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高动力定位控制系统的可靠性和船舶的定位精度，使动力定位船在变化海况情况下更好的工作的船舶动力定位参数自适应观测器的在线调整方法。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术包括如下步骤(I)测量船舶的位置，将数据转化到统一的坐标系下；(2)通过观测器或滤波器滤掉高频干扰；(3)利用AR谱估计模型对船舶运动响应数据进行AR谱估计，AR谱估计模型为「 ，pD = ^I、七— I + ^ Ok e k=l其中Pxx为功率谱密度函数，p为AR模型的阶数，ak为AR模型预测误差系数，<为前向预测误差功率，e为指数函数，j为虚数，w为采样频率。(4)选取频谱曲线的峰值点，解算出对应的峰值频率，对三个自由度上的峰值频率取均值得到最终的峰值频率《p，并把获得的峰值频率发送给观测器进行参数K1和K2的在线更新；(5)通过自适应观测器滤掉高频信息，得到船舶位置衍P速度，并把数据发送给动力定位系统。AR 谱估计包括相关函数法、周期图法、最大熵法、最大似然估计法、超分辨率法和类似算法。采用最终预测误差准则对AR模型阶数进行选择。本专利技术的有益效果在于采用AR模型法对船舶三自由度运动数据进行在线谱估计，对获得谱曲线进行分析得到峰值频率并对观测器进行在线更新，该方法可以保证观测器可以实时的获得变化海况的峰值频率，提高船舶在变海况下的作业精度。附图说明图I为参数自适应观测器在线调整流程图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术提出的非线性参数自适应观测器模型如下 i=Ai+Kj tj = R(ij/V)v + h TIb = -Tb1^KJ Mv = -Dv + Rr {\ffy)b + T+ Rt (y/y )K4y y = T是北东坐标系下的船舶位置，j)为观测器输出的位置，R(￥)为旋转矩阵cos // -smi// 0R{y/、= sin V/ cosy/ 0 ； 0 0 IT = [Tx, Ty, T Jt是控制器输入向量；Tb G R3x3是偏差时间常数的对角矩阵，偏差b G R3xi表示未建模的环境力和力矩；质量矩阵M和阻尼矩阵D定义如下 _m-Xu 00 I [-X 0 0 _M= 0 m-Yv mxG-Yr ,D= 0 -Yr -Yr 0 mxG — N- I2 - Ni.0 -Nv -Nr其中XuU'ddA’Nj Iz为水动力参数，m为刚体质量，为刚体重心在X方向的坐标；I = ’A；2 =diag ,Cw= ;相对阻尼系数 € i 的取值范围为 ; COtji被设置为等于波谱的峰值频率《p，峰值频率可通过对纵荡、横荡、和艏摇进行谱分析得到= 为估计误差；dia^lt.k^kA权利要求1.，其特征在于，包括如下步骤 (1)测量船舶的位置，将数据转化到统一的坐标系下； (2)通过观测器或滤波器滤掉高频干扰； (3)利用AR谱估计模型对船舶运动响应数据进行AR谱估计，AR谱估计模型为 /P- 1+T^ak ^jw 其中Pxx为功率谱密度函数，P为AR模型的阶数，ak为AR模型预测误差系数，σ=为前向预测误差功率，e为指数函数，j为虚数，w为采样频率。(4)选取频谱曲线的峰值点，解算出对应的峰值频率，对三个自由度上的峰值频率取均值得到最终的峰值频率ωρ，并把获得的峰值频率发送给观测器进行参数K1和K2的在线更新； (5)通过自适应观测器滤掉高频信息，得到船舶位置4和速度 ,并把数据发送给动力定位系统。2.根据权利要求I所述的，其特征在于，所述的AR谱估计包括相关函数法、周期图法、最大熵法、最大似然估计法、超分辨率法和类似算法。3.根据权利要求I所述的，其特征在于采用最终预测误差准则对所述的AR模型阶数进行选择。全文摘要本专利技术涉及动力定位控制领域，具体涉及一种动力定位系统中的观测器的在线调整方法。本专利技术包括如下步骤(1)测量船舶的位置，将数据转化到统一的坐标系下；(2)通过观测器或滤波器滤掉高频干扰；(3)利用AR谱估计模型对船舶运动响应数据进行AR谱估计。(4)选取频谱曲线的峰值点，解算出对应的峰值频率，对三个自由度上的峰值频率取均值得到最终的峰值频率ωp，并把获得的峰值频率发送给观测器进行参数K1和K2的在线更新；(5)通过自适应观测器滤掉高频信息，得到船舶位置和速度并把数据发送给动力定位系统。该方法可以保证观测器可以实时的获得变化海况的峰值频率，提高船舶在变海况下的作业精度。文档编号G05B13/04GK102854798SQ20121033427公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日专利技术者林孝工, 谢业海, 徐树生 申请人:哈尔滨工程大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种船舶动力定位参数自适应观测器的在线调整方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）测量船舶的位置，将数据转化到统一的坐标系下；（2）通过观测器或滤波器滤掉高频干扰；（3）利用AR谱估计模型对船舶运动响应数据进行AR谱估计，AR谱估计模型为：Pxx(ejw)=σw2|1+Σk=1pake-jw|2其中Pxx为功率谱密度函数，p为AR模型的阶数，ak为AR模型预测误差系数，为前向预测误差功率，e为指数函数，j为虚数，w为采样频率。（4）选取频谱曲线的峰值点，解算出对应的峰值频率，对三个自由度上的峰值频率取均值得到最终的峰值频率ωp，并把获得的峰值频率发送给观测器进行参数K1和K2的在线更新；（5）通过自适应观测器滤掉高频信息，得到船舶位置和速度并把数据发送给动力定位系统。FDA00002125970600012.jpg,FDA00002125970600013.jpg,FDA00002125970600014.jpg
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林孝工，谢业海，徐树生，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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