CN103303434A - 一种耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统。本发明属于疏浚工程和海洋工程技术领域。一种耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统，其特点是：试验系统包括工控机、无线以太网交换机、图像位置测量系统、NI控制计算机和执行机构，图像位置测量系统的信号输出端与工控机连接，工控机通过无线以太网交换机传输控制指令给NI控制计算机，NI控制计算机连接控制执行机构，驱动模型恢复到目标位置。本发明具有结构简单，操作方便，适用范围广等优点，能够有效检验耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪系统的推力系统配置、控制精度、系统的有效性、作业环境设计的正确性和合理性。

Description

一种耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统

技术领域

本发明属于疏浚工程和海洋工程技术领域，特别是涉及一种耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统。

背景技术

目前，随着疏浚业的发展市场越来越广，对精确和高效疏浚的需求也越来越迫切。耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪系统是指船舶无须借助锚泊系统的作用，而能不断检测出耙头的实际位置和目标位置的偏差，通过控制器计算出船舶克服外界干扰到达或恢复到目标位置所需要的推力和推力矩的大小，然后由推力分配系统使各个推进器做出相应的响应，进而使耙头尽可能的保持在目标位置或轨迹上。动态定位与动态跟踪模型试验就是通过模拟实际使用海况，来验证推力系统配置、控制精度以及系统的有效性，经过不断的试验验证，最后为推力系统的配置和使用工况提供设计依据。

中国专利CN1544285A，动力定位模型试验系统，其中主要描述了模型试验系统的硬件构成，该动力定位模型试验系统适应面小，特别是对耙吸挖泥船这类特种工程船的动态定位与动态跟踪模型试验，存在不能有效验证推力系统、控制精度以及系统的有效性等技术问题。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统。

本发明的目的是提供一种能够有效检验耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪系统的推力系统、控制精度、系统的有效性、作业环境设计的正确性和合理性，具有结构简单，操作方便，适用范围广等特点的耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统。

本发明耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统所采取的技术方案是：

一种耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统，其特点是：试验系统包括工控机、无线以太网交换机、图像位置测量系统、NI控制计算机和执行机构，图像位置测量系统的信号输出端与工控机连接，工控机通过无线以太网交换机传输控制指令给NI控制计算机，NI控制计算机连接控制执行机构，驱动模型恢复到目标位置。

本发明耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统还可以采用如下技术方案：

所述的耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统，其特点是：图像位置测量系统包括远红外照相机、艏LED标记和艉LED标记；远红外照相机连接到工控机，艏LED标记、艉LED标记装在船模的艏部和艉部，工控机上的位置处理软件处理船模六自由度位置信息。

所述的耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统，其特点是：NI控制计算机连接控制执行机构时，NI控制计算机通过变频器与电机连接，电机与执行机构连接，执行机构分布在船舶的艏部和艉部。

所述的耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统，其特点是：执行机构为艏侧推进器、左主推进器、左舵、右主推进器、右舵左耙和右耙；左主推进器、左舵和右主推进器、右舵位于船尾，左右两对主推进器和舵组合对称布置，左耙和右耙分别位于左右舷。

本发明具有的优点和积极效果是：

耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统，能够检验动态定位与动态跟踪系统的推力系统、控制精度以及系统的有效性，模型试验在各种不同海况条件下的动态定位与动态跟踪模型试验，还能够检验系统对不同工况和海况的适应能力。

附图说明

图1是耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统结构示意图；

图2是耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验控制原理图。

图中，1、工控机，2、远红外照相机，3、无线以太网交换机，4、NI控制计算机，5、变频器，6、左主推进器，7、左舵，8、右主推进器，9、右舵，10、艏侧推进器,11、艏LED标记，12、艉LED标记，13、左耙，14、右耙。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

参阅附图1和图2。

实施例1

一种耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统，包括工控机、无线以太网交换机、图像位置测量系统、NI控制计算机和执行机构，图像位置测量系统的信号输出端与工控机连接，工控机通过无线以太网交换机传输控制指令给NI控制计算机，NI控制计算机通过变频器与电机连接，电机与执行机构连接，执行机构分布在船舶的艏部和艉部。NI控制计算机连接控制执行机构，驱动模型恢复到目标位置。

图像位置测量系统包括远红外照相机、艏LED标记和艉LED标记；远红外照相机连接到工控机，艏LED标记、艉LED标记装在船模的艏部和艉部，工控机上处理船模六自由度位置信息。

执行机构为艏侧推进器、左主推进器、左舵、右主推进器、右舵左耙和右耙；左主推进器、左舵和右主推进器、右舵位于船尾，左右两对主推进器和舵组合对称布置，左耙和右耙分别位于左右舷。

本实施例的具体结构和动作过程，结合附图详述如下：

如图1所示，耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统包括：工控机1、远红外照相机2、无线以太网交换机3、NI控制计算机4、变频器5、左主推进器6、左舵7、右主推进器8、右舵9、艏侧推进器10、艏LED标记11、艉LED标记12、左耙13和右耙14，其连接方式为：远红外照相机2与工控机1连接，变频器5与NI控制计算机4连接，左主推进器6、左舵7、右主推进器8、右舵9和艏侧推进器10与变频器5连接，左主推进器6和左舵7位于船艉左边，右主推进器8和右舵9位于船尾右边，两对主推进器和舵对称布置，艏侧推进器10位于船艏，左耙13位于左舷，右耙14位于右舷，工控机1与NI控制计算机4通过无线以太网交换机3连接到同一工业以太网。

图像位置测量系统主要由远红外照相机2、艏LED标记11、艉LED标记12、六自由度位置处理软件，其连接方式为：远红外照相机2连接到工控机1，艏LED标记11位于在船模的艏部，艉LED标记12位于船模的艉部，六自由度位置处理软件安装在工控机1上处理船模位置信息。

如图2所示，耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验在试验水池进行，试验水池模拟各种不同的风、浪、流海况，模型在水池中由于风、浪、流的作用会漂离起始位置。图像位置测量系统实时测量模型在水池中位置信号，该位置信号包括低频位置信号和高频位置信号，位置信号经过信号处理模块得到船模与起始位置的位置偏差信号，信号处理模块包括低频位置处理模块和高频位置处理模块，其实现方法是：低频位置处理模块对模型位置信号进行低频运动预报、状态预报和状态估计获得低频运动估计位置信号；高频位置处理模块根据位置信号进行参数估计和偏差估计，并把该信号给低频位置处理模块作为低频状态估计信号，获得高频运动估计信号。控制器根据信号处理模块给出的位置偏差信号计算出船模抵抗风浪流及作业环境力回到初始位置需要的推力，控制算法采用自适应LQG控制算法。控制器计算得到的纵向力、横向力、艏摇力矩经过推力分配模块解出5个执行机构的控制指令，推力分配优化算法采用序列二次规划优化算法。5个执行机构的控制指令经过工业以太网传给NI控制计算机4，NI控制计算机4控制左主推进器6、左舵7、右主推进器8、右舵9和艏侧推进器10，驱动模型回到起始位置。

Claims (4)

1.一种耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统，其特征是：试验系统包括工控机、无线以太网交换机、图像位置测量系统、NI控制计算机和执行机构，图像位置测量系统的信号输出端与工控机连接，工控机通过无线以太网交换机传输控制指令给NI控制计算机，NI控制计算机连接控制执行机构，驱动模型恢复到目标位置。

2.根据权利要求1所述的耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统，其特征是：图像位置测量系统包括远红外照相机、艏LED标记和艉LED标记；远红外照相机连接到工控机，艏LED标记、艉LED标记装在船模的艏部和艉部，工控机上的位置测量软件处理船模六自由度位置信息。

3.根据权利要求1所述的耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统，其特征是：NI控制计算机连接控制执行机构时，NI控制计算机通过变频器与电机连接，电机与执行机构连接，执行机构分布在船舶的艏部和艉部。

4.根据权利要求1或3所述的耙吸挖泥船动态定位与动态跟踪模型试验系统，其特征是：执行机构为艏侧推进器、左主推进器、左舵、右主推进器、右舵、左耙和右耙；左主推进器、左舵和右主推进器、右舵位于船尾，左、右两对主推进器和舵组合对称布置，左耙和右耙分别位于左右舷。

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