CN111824335B - 锚泊控制系统和锚泊控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开锚泊控制系统和锚泊控制方法，其中所述锚泊控制方法包括以下步骤：(S1)获取与船舶需要被调整至一目标位置有关的目标参数和与所述船舶实际状态和锚机状态有关的状态参数；(S2)根据目标参数和状态参数确定每个锚链长度的期望值和当前各个锚链的长度实测值；(S3)根据每个所述锚链长度的期望值和当前各个锚链的长度实测值，通过预定的计算方式，预测每个所述锚机收放速度；和(S4)根据预测的所述锚机收放速度对应地控制每个所述锚机收放系泊缆。

Description

锚泊控制系统和锚泊控制方法

技术领域

本发明涉及一锚泊控制方法，尤其涉及一锚泊控制系统和锚泊控制方法。

背景技术

锚泊定位是用锚将船舶系留于指定海域，限制外力改变船舶的状态，使其保持在预定位置上的定位方式。锚泊控制系统被广泛地应用于各海洋平台、海上工作船舶。其中打桩船的海上定位广泛采用锚泊控制系统，并且打桩船对于锚泊定位的精度要求也相比于其他船舶要求更高。

锚泊控制系统由原有的人工抛锚到如今的自动化抛锚收锚，但现有自动化锚泊系统自动化程度有限，控制上多为开环控制，锚泊精度误差较大，而且在紧急情况下，控制困难，使用不灵活。

专利CN201610557033.5公开了一种采用PLC控制的含人机交互组件的锚泊控制系统，该系统虽然相比于专利CN10443275A可以避免因系统信号中断发生的设备故障风险，但是该系统配置均为低端PLC，无法保障打桩船锚泊时恒张力的性能要求。

专利CN105730628A公开了一种锚泊定位恒张力自适应控制系统，泊绞车上设置多类检测设备对船舶摆动角度进行检测，但该系统给定的速度值为常数，张力值为限幅值，不能做到根据实时海况进行张力精确调节，并且该自适应系统仅限于船舶小范围移动。如果船舶在较大范围移动时，由于速度为常数，因此，所述锚链只能匀速运动，而此时，锚链收卷需要的时间可能会较长，从而影响所述船舶的移动效率。

专利CN110217346A公开了一种设置有水动力耦合系统的多点锚泊系统，系统采用耦合分析模块计算锚绳受力曲线图，选取极值作为抛锚时缆绳受力，但该系统选用极值为张力，会使船舶的定位精度误差变大，并且系统也没有根据抛锚时海况的变动进行后续的张力调整，抛锚也采用单独的抛锚艇进行配合抛锚，经济性能较差。

此外，在船周围状况发生变化时，现有技术的锚泊控制系统无法将锚链的张力保持在安全值。相反地，如果因为船周围状况改变而导致某一跟锚链所受张力增大时，很容易导致对应的锚链因张力过大而断裂。另外一方面，各个锚链的张力和锚链之间的角度在锚链固定后就已经大致确定。如果后续海洋状况发生改变，锚链的张力无法大范围地调整，从而使得船舶的定位精度不高。

发明内容

本发明的一个目的在于提供锚泊控制系统和锚泊控制方法，其中采用所述锚泊控制方法对锚进行定位，能够提高张力调节的精度来更加准确地定位锚。

本发明的另一个目的在于提供锚泊控制系统和锚泊控制方法，其中采用所述锚泊控制方法对锚进行定位时，能够实时地结合海况，在安全范围内调整锚链的张力，以使船舶更加稳定和安全地系留在指定海域。

为实现本发明以上至少一个目的，本方提供锚泊控制系统，其中所述锚泊控制系统包括：

一采集模块，其中所述采集模块包括一采集模块和一状态采集模块，其中所述目标位置采集模块被设置能够获取与船舶需要被调整至一目标位置有关的目标参数，所述状态采集模块被设置能够采集与所述船舶实际状态和锚机状态有关的状态参数；

一处理模块，其中所述处理模块包括一分析模块和一预测模块，其中所述目标位置采集模块和所述状态采集模块被通信连接于所述分析模块，所述分析模块被设置根据所述目标位置采集模块和所述状态采集模块各自采集的目标参数和状态参数确定每个锚链长度的期望值和当前各个锚链的长度实测值，所述预测模块被可通信地连接于所述分析模块，所述预测模块根据所述分析模块确定的每个所述锚链长度的期望值和当前各个锚链的长度实测值，通过预定的计算方式预测每个所述锚机收放速度；和

一控制模块，其中所述控制模块根据所述预测模块预测的所述锚机收放速度对应地控制每个所述锚机收放系泊缆。

根据本发明一实施例，所述锚泊控制系统的所述状态采集模块被设置能够采集风浪流载荷有关的数据。

根据本发明一实施例，所述预测模块通过模糊规则和误差逼近原则预测的所述锚机收放速度。

根据本发明一实施例，所述分析模块根据所述目标参数和所述状态参数，通过计算船舶位姿偏差，确定每个所述锚链的所述长度期望值。

根据本发明一实施例，所述船舶位姿偏差包括位移偏差和转角偏差。

根据本发明的另一个方面，为实现本发明以上至少一个目的，本发明提供一种锚泊控制方法，其中所述锚泊控制方法包括以下步骤：

(S1)获取与船舶需要被调整至一目标位置有关的目标参数和与所述船舶实际状态和锚机状态有关的状态参数；

(S2)根据目标参数和状态参数确定每个锚链长度的期望值和当前各个锚链的长度实测值；

(S3)根据每个所述锚链长度的期望值和当前各个锚链的长度实测值，通过预定的计算方式，预测每个所述锚机收放速度；和

(S4)根据预测的所述锚机收放速度对应地控制每个所述锚机收放系泊缆。

根据本发明一实施例，所述状态数据包括与风浪流载荷有关的数据。

根据本发明一实施例，所述步骤(S3)，预测每个所述锚机收放速度被实施为：通过模糊规则和误差逼近原则预测的所述锚机收放速度。

根据本发明一实施例，在步骤(S2)中，根据所述目标参数和所述状态参数，通过计算船舶位姿偏差，确定每个所述锚链的所述长度期望值。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图得以充分体现。

附图说明

图1示出了本发明所述锚泊控制系统的结构框图。

图2示出了本发明所述锚泊控制方法的路程图。

具体实施方式

以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

参考图1和图2，为实现本发明以上至少一个目的，本发明提供一锚泊控制方法将在以下被详细地阐述。所述锚泊控制方法将在以下被详细地阐述。

所述锚泊控制方法通过锚泊控制系统实现。所述锚泊控制系统被设置能够通过锚泊控制组件工作，以实现对锚泊的控制。

所述锚泊控制组件包括定位器、至少一传感器、多个继电器、制动阀、液压马达、多个锚机以及一控制器等。所述定位器和所述传感器被通信连接于所述控制器。所述控制器通过预设其中的所述锚泊控制系统所执行所述锚泊控制方法，进而能够实现对所述锚机的自动控制。

具体地，所述锚泊控制系统包括一采集模块500、一处理模块600和一控制模块700。所述采集模块500和所述控制模块700分别被可通信地连接于所述处理模块600。

所述采集模块500包括一目标位置采集模块51和一状态采集模块52。所述目标位置采集模块51被设置能够获取与船舶需要被调整至一目标位置有关的目标参数。所述状态采集模块52被设置能够采集与所述船舶实际状态和锚机状态有关的状态参数。

可以理解的是，与所述目标参数通常可以根据所述船舶实际需要被调整至的位置便可以确定。而所述状态参数，可以通过所述锚泊控制组件中的传感器测定。比如说，所述状态参数可以包括姿态参数、风浪流参数、锚链收放速度参数。所述锚泊控制组件中的传感器可以包括GPS定位器、姿态传感器(如角度传感器)以及速度传感器能够测得上述状态参数。

所述处理模块600包括一分析模块61和一预测模块62。所述目标位置采集模块51和所述状态采集模块52被通信连接于所述分析模块快61。所述分析模块61根据所述目标位置采集模块51和所述状态采集模块52各自采集的目标参数和状态参数确定每个锚链长度的期望值L_Ei(i＝1,2,3…n，n为锚链的序号)和当前各个锚链的长度实测值L_C，

(i＝1,2,3…n，n为锚链的序号，t为时间值，V_i是第i个锚机的收放速度)。

在本发明一实施例中，所述分析模块61根据设定的所述目标参数、GPS定位器测得的位置参数和姿态传感器测得的姿态参数等有关的所述状态参数，计算船舶位姿偏差(Δx,Δy,Δz)和(Δα,Δβ,Δγ)，依次为GPS定位器预设的一XYZ方向的位移偏差和转角偏差；通过计算，进而能够得到纠正位姿偏差所需的各个所述锚链长度期望值L_Ei(i＝1,2,3…n，n为锚链的序号)。

具体地，船舶目标位置主要由海平面内的X、Y坐标确定，垂直方向由吃水深度决定，因此，选择平台X和Y方向的位移偏差Δx和Δy作为优化目标。收放缆的长度决定目标平台的位移量，因此，选择系泊缆长度期望值L_Ei作为优化变量。将(Δα,Δβ,Δγ)作为控制变量，需要控制在1°(0.5～2°)范围内，而垂荡Δz控制在1m(0.5～1.5m)范围内，根据上述要求建立4变量2目标的优化设计模型如下：

L_Ei取经验值范围为200～300m范围(可以在0～500m范围内选择)。

所述预测模块62被可通信地连接于所述分析模块61。所述预测模块62根据所述分析模块61确定的每个所述锚链长度的期望值L_Ei(i＝1,2,3…n，n为锚链的序号)和当前各个锚链的长度实测值L_C，

通过预定的计算方式预测每个所述锚机收放速度Vci＝F(Δ)(i＝1,2,3…n，n为锚链的序号)。

优选地，所述预测模块62通过模糊规则和误差逼近原则预测每个所述锚机收放速度Vci＝F(Δ)。

具体地，通过模糊规则和误差逼近原则，择定PID控制参数Kp、Ki和Kd，以确定模糊PID控制输出参数；

具体地，所述模糊规则为：根据PID控制参数的调整经验和误差逐级逼近原则，建立输出量ΔK_p、ΔK_i、ΔK_d采的控制规则，如下表1、表2和表3所示。

表1ΔK_p模糊控制规则

表2ΔK_i模的模糊控制规则表

表3ΔK_d的模糊控制规则表

得到PID控制参数值分别为：

随后确定模糊PID控制输出参数为：

所述控制模块700根据所述预测模块62根据预测的所述锚机收放速度Vci＝F(Δ)(i＝1,2,3…n，n为锚链的序号)对应地控制每个所述锚机收放系泊缆。

优选地，所述状态采集模块52能够采集船舶本身的参数、锚机的运动参数之外，还能够采集海况测量仪测得的风、浪、流载荷(F_W,F_C,F_L)有关的数据。通过这样的方式，进而能够使所述分析模块61确定每个锚链长度的期望值L_Ei更加准确。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (6)

1.锚泊控制系统，其特征在于，其中所述锚泊控制系统包括：

一采集模块，其中所述采集模块包括一目标位置采集模块和一状态采集模块，其中所述目标位置采集模块被设置能够获取与船舶需要被调整至一目标位置有关的目标参数，所述状态采集模块被设置能够采集与所述船舶实际状态和锚机状态有关的状态参数；

一处理模块，其中所述处理模块包括一分析模块和一预测模块，其中所述目标位置采 集模块和所述状态采集模块被通信连接于所述分析模块，所述分析模块被设置成根据所述 目标位置采集模块和所述状态采集模块各自采集的目标参数和状态参数确定当前各个锚 链的长度实测值和计算船舶位姿偏差，并根据所述位姿偏差确定纠正位姿偏差所需每个锚 链长度的期望值，所述预测模块被可通信地连接于所述分析模块，所述预测模块根据所述 分析模块确定的每个所述锚链长度的期望值和当前各个锚链的长度实测值，通过模糊规则 和误差逼近原则预测每个所述锚机收放速度，其中各个锚链的长度实测值为

，其中i=1,2,3…n，n为锚链的序号，t为时间值，

是第i个锚机的收放速度， 在通过模糊规则和误差逼近原则预测的所述锚机收放速度预测每个所述锚机收放速度时， 以预设的X、Y方向的位移偏差作为优化目标，以锚链的长度实测值在[255m，287m]范围内为 优化变量，并且以转角偏差

作为约束条件，其中

为垂荡；和

一控制模块，其中所述控制模块根据所述预测模块预测的所述锚机收放速度对应地控制每个所述锚机收放系泊缆。

2.根据权利要求1所述锚泊控制系统，其特征在于，所述锚泊控制系统的所述状态采集模块被设置成能够采集风浪流载荷有关的数据。

3.根据权利要求1所述锚泊控制系统，其特征在于，所述船舶位姿偏差包括位移偏差和转角偏差。

4.锚泊控制方法，其特征在于，其中所述锚泊控制方法包括以下步骤：

（S1）获取与船舶需要被调整至一目标位置有关的目标参数和与所述船舶实际状态和锚机状态有关的状态参数；

（S2）根据目标参数、状态参数以及当前各个锚链的长度实测值和计算船舶位姿偏差，并根据所述位姿偏差确定纠正位姿偏差所需每个锚链长度的期望值；

（S3）根据每个所述锚链长度的期望值和当前各个锚链的长度实测值，通过模糊规则和 误差逼近原则预测每个所述锚机收放速度，其中各个锚链的长度实测值为

， 其中i=1,2,3…n，n为锚链的序号，t为时间值，

是第i个锚机的收放速度，在通过模糊规则 和误差逼近原则预测的所述锚机收放速度预测每个所述锚机收放速度时，以预设的X、Y方 向的位移偏差作为优化目标，以锚链的长度实测值在[255m，287m]范围内为优化变量，并且 以转角偏差

作为约束条件，其中

为垂荡；和

（S4）根据预测的所述锚机收放速度对应地控制每个所述锚机收放系泊缆。

5.根据权利要求4所述锚泊控制方法，其特征在于，所述状态数据包括与风浪流载荷有关的数据。

6.根据权利要求5所述锚泊控制方法，其特征在于，所述船舶位姿偏差包括位移偏差和转角偏差。

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