一种动力定位推力系统智能推力分配方法技术方案

本发明专利技术涉及一种动力定位推力系统智能推力分配方法，包括以下步骤：(1)推力系统配置参数输入；(2)数据准备与存储；(3)系统对准与优化建模；(4)优化问题求解；(5)推力分配决策输出。与现有技术相比，本发明专利技术具有实时性好、人机交互友好、人员工作量小、自动化程度高、决策效果好、能实现较好的推力分配等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种动力定位推力系统智能推力分配方法
本专利技术涉及一种推力系统的推力分配方法，尤其是涉及一种动力定位推力系统智能推力分配方法。
技术介绍
动力定位系统中，推力分配是指针对定位系统中的多个推进器，在允许的时间里，同时在考虑诸多物理约束的条件下，计算出安装在平台上的每个推进器应该在什么方向上产生多大的推力，而且找出可能的多个推力和方向组合中最好的那一种分配，并产生相应的执行指令。目前国内动力定位中推力优化分配方法研究与系统设计的局限性主要体现在如下两个方面：其一，体现在设计和开发以及维护成本方面。目前国外推力分配开发模式一般是，将推力分配作为动力定位系统的一部分交由企业或研究机构完成，而国内则一般引进国外技术。这种模式的缺点在于：定制周期长，定制成本高，只能适用与具体动力定位对象，设备维护后期系统维护困难，用户很难根据自己的需求进行推力分配等。其二，体现在推力分配的优化模型建立过程中，由于推进器的约束和灵敏度的限制，传统的优化建模方法使得推力优化分配区域变成了非凸集(T.A.Johansen，T.I.Fossen，S.P.Berge，Constrainednonlinearcontrolallocationwithsingularityavoidanceusingsequentialquadraticprogramming，IEEETransactiononControlSystemsTechnology，2004，12(1)：211-216.)，采用各种优化算法效果不甚理想，全局最优解的求解困难。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实时性好、人机交互友好、人员工作量小、自动化程度高、决策效果好、能实现较好的推力分配的动力定位推力系统智能推力分配方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种动力定位推力系统智能推力分配方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)推力系统配置参数输入；(2)数据准备与存储；(3)系统对准与优化建模；(4)优化问题求解；(5)推力分配决策输出。所述的推力系统配置参数输入具体为：11)输入推力系统中推力设备的个数p；12)对p个推力设备通过窗口方式进行参数设置，参数设置具体包括：①是否可变方向；②设备安装位置，即船体坐标系下的坐标值，存储为变量lk，x，lk，y；③产生推力的上限值，存储为变量Tkmax；④安装角度，即船体坐标系下的角度值，对于①中参数为“否”的推力设备，需要输入推力设备产生正推力方向的推力角度值αk；对于①中参数为“是”的推力设备，需要输入推力设备产生正推力方向的角度范围，存储为变量αkmin和αkmax；⑤选择推力设备灵敏程度，包括高档、中档、低档和自定义，存储为变量εk；⑥优化参数选择，包括默认和自定义，存储为变量Hk，Mk，Qk。所述的数据准备与存储具体为：21)自行根据参数将①中参数为“是”的推力设备进行编号为1，2，…，pr，将①中参数为“否”的推力设备进行编号为pr+1，…，p，同时将各推力设备变量与编号对应；22)计算并存储推力系数矩阵B：B=[Br，Bf]其中：其中，23)计算并存储4k组变量，mki，nki，其中k＝1，2，…，pr，i＝1，2，3，4：Dk={α|αkmin≤α≤αkmax}，k=1，2，…，pr，Dki=Dk∩Fi，mki＝inf{tanα|α∈Dki}，nki=sup{tanα|α∈Dki}；24)计算并存储组二次规划变量，每组编号为t，其中将t进行4进制转换：t=(dprdpr-1…d1)4将4进制的第(j-1)位存储为dj，其中j＝1，2，…，pr；第t组需计算和存储的约束变量为：其中：At=[A1，A2，t，A3，t]T，Bt=[b1，0]T，Ct=[0，C3]TA1=[E，-E]T，b1＝[b11，b12]T其中ej表示单位矩阵E的第j列，其中At、Bt、Ct为计算过程的中间变量；25)计算并存储优化参数若优化参数选项为“默认”，则选择默认的Hdefault，Mdefault，Qdefault数值赋值给Hk，Mk，Qk；若优化参数选项为“自定义”，则按照推力设备的输入信息记录Hk，Mk，Qk。然后存储如下的优化参数矩阵：所述的系统对准与优化建模具体为：31)获取推力设备的状态数据，包括每个推力设备当前的输出推力TRk(k=1，2，…，p)以及当前时刻推力输出的方向αRk(k=1，2，…，pr)；32)计算u0并存储，在系统运行的过程中需要不断刷新：33)输入需要的总推力数据τc，其中τc=[Xc，Yc，Nc]T其中Xc，Yc分别为推力系统在进退、横移方向所需推进力，Nc为艏摇方向所需推进力矩；34)利用给定数据生成个子可行域上的凸二次规划问题，第t个二次规划问题的标准形式为：minJt(u，s)＝uTHu+(u-u0)TM(u-u0)+sTQss.t.τc=Bu+sAtu≤Bt+Ctu0其中为松弛变量，表示控制输出和给定值之间的差值。所述的子可行域上的凸二次规划的角度约束范围为0～90°，90°本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动力定位推力系统智能推力分配方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)推力系统配置参数输入；(2)数据准备与存储；(3)系统对准与优化建模；(4)优化问题求解；(5)推力分配决策输出。

【技术特征摘要】
1.一种动力定位推力系统智能推力分配方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)推力系统配置参数输入；(2)数据准备与存储；(3)系统对准与优化建模；(4)优化问题求解；(5)推力分配决策输出；所述的推力系统配置参数输入具体为：11)输入推力系统中推力设备的个数p；12)对p个推力设备通过窗口方式进行参数设置，参数设置具体包括：①是否可变方向；②设备安装位置，即船体坐标系下的坐标值，存储为变量③产生推力的上限值，存储为变量Tkmax；④安装角度，即船体坐标系下的角度值，对于①中参数为“否”的推力设备，需要输入推力设备产生正推力方向的推力角度值αk；对于①中参数为“是”的推力设备，需要输入推力设备产生正推力方向的角度范围，存储为变量αkmin和αkmax；⑤选择推力设备灵敏程度，包括高档、中档、低档和自定义，存储为变量εk；⑥优化参数选择，包括默认和自定义，存储为变量Hk,Mk,Qk；所述的数据准备与存储具体为：21)自行根据参数将①中参数为“是”的推力设备进行编号为1,2,…,pr，将①中参数为“否”的推力设备进行编号为pr+1,…,p，同时将各推力设备变量与编号对应；22)计算并存储推力系数矩阵B：B＝[Br,Bf]其中：其中，23)计算并存储4k组变量，mki,nki，其中k＝1,2,…,pr,i＝1,2,3,4)：Dk＝{α|αkmin≤α≤αkmax},k＝1,2,…,pr，Dki＝Dk∩Fi，mki＝inf{tanα|α∈Dki}，nki＝sup{tanα|α∈Dki}；24)计算并存储组二次规划变量，每组编号为t，其中将t进行4进制转换：t＝(dprdpr-1…d1)4将4进制的第(j-1)位存储为dj，其中j＝1,2,…,pr)；第t组需计算和存储的约束变量为：其中：At＝[A1,A2,t,A3,t]T，Bt＝[b1,0]T，Ct＝[0,C3]TA1＝[E,-E]T，b1＝[b11,b12]T其中ej表示单位矩阵E的第j列，其中At、Bt、Ct为计算过程的中间变量；25)计算并存储优化参数若优化参数选项为“默...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫东，赵亚东，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31