CN115994456B - 一种用于船舶推力分配的全回转推进器推力衰减处理方法 - Google Patents

一种用于船舶推力分配的全回转推进器推力衰减处理方法 Download PDF

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CN115994456B CN202310272764.5A CN202310272764A CN115994456B CN 115994456 B CN115994456 B CN 115994456B CN 202310272764 A CN202310272764 A CN 202310272764A CN 115994456 B CN115994456 B CN 115994456B
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Abstract

本发明涉及动力定位系统推力分配技术领域，尤其涉及一种用于船舶推力分配的全回转推进器推力衰减处理方法，包括对各全回转推进器设定多个检测方位角并获取对应的推力衰减系数，建立推力衰减模型，然后依据各全回转推进器实际产生的纵向力、横向力及艏向力矩，建立推力分配优化模型，从而求解得到各全回转推进器的控制指令。本发明通过实船试验获取较为精确的推力损失数据后，建立了推力衰减模型和推力分配优化模型，能够有效降低全回转推进器的推力损失所带来的推力误差，便于工作人员对船舶进行动力定位。

Description

一种用于船舶推力分配的全回转推进器推力衰减处理方法
技术领域
本发明涉及动力定位系统推力分配技术领域，尤其涉及一种用于船舶推力分配的全回转推进器推力衰减处理方法。
背景技术
动力定位系统能够依靠船舶自身的推进器，抵御外部海洋环境的干扰，实现船舶的位置、艏向的保持，其机动性强，不受水深限制的特点，逐渐成为海工作业配套设备的发展趋势。动力定位系统主要由控制系统、测量系统、推进系统与动力系统。控制系统是动力定位系统的核心，结合船舶运动状态信息，计算保持船舶预定位置或艏向所需的控制力和力矩；测量系统用于提供实时、精确的船舶位置、姿态信息；推进系统主要包括各类执行机构，响应控制指令产生推力，以抵御外界环境；动力系统负责提供电力分配与管理，满足各类作业工况的需求。推力分配模块是控制系统中一个最为核心的模块，其任务是将控制器计算出的所需控制力和力矩，按照一定的分配策略，合理的分配给各个执行机构。推力分配可以归结为一个最优化问题，分配过程中需要综合考虑能量消耗、执行机构磨损、推力误差等因素。
全回转推进器可进行360度全方位的回转，因而能产生任意方向的推力，装备全回转推进器可使船舶艉部形状简化减少阻力，同时可以使船舶进行横向移动、急速情况下后退以及原地回转等特殊操作，因此目前越来越多的动力定位船舶均配备了全回转推进器。但正由于全回转推进器全方位转动的特性，也会带来一些不利因素，如推进器之间的桨桨干扰、桨与船体之间的干扰带来的推力损失。
在实际工程应用中，推力损失最大时能达到80%，因此往往无法忽略，所以在推力分配时必须考虑推力损失的影响，否则将导致推进器实际产生的推力与期望推力无法匹配，造成定位偏差增大以及执行机构的控制振荡。
现有的推力损失处理方案一般有两种：
方案一：设定推力禁区，即设定全回转推进器推力损失区域的方位角区间为推力禁区，在算法寻优的过程中需要避免推进器方位角进入该区间范围；
方案二：在方位角进入推力损失较大的范围内时，直接降低推力输出，进而减小推力损失带来的影响。
对于方案一，该方案是目前推力损失处理的常用方案，但该方案存在明显的缺陷：一、限制了方位角的可行域，推力损失区域是指当推进器方位角处在该区域时，实际输出推力会有明显的下降，但并不意味着方位角不能进入该区域，可以想象，如果推力禁区较大，那么当方位角在越过推力禁区时，会存在一个较大的角度跳变，这对于推进器控制来说是不友好的；二、当推进器存在多个不连续的推力损失区域时，若简单的把这些推力损失区域都划为推力禁区，会使得方位角的可行域变得不连续，无法采用常规算法进行求解，如无法采用二次规划算法或者序列二次规划算法进行求解；
对于方案二，该方案的最大缺陷就是会产生较大的推力误差。当全回转推进器的方位角指令位于推力损失范围内时，需要对推力输出进行截断，因此推力指令越大则带来的推力误差也就越大，不利于船舶的控制。
发明内容
本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种用于船舶推力分配的全回转推进器推力衰减处理方法。
本发明是通过以下技术方案予以实现：一种用于船舶推力分配的全回转推进器推力衰减处理方法，包括以下步骤：步骤10，对各全回转推进器设定多个检测方位角，通过实船试验数据获取各个全回转推进器在检测方位角的推力衰减系数，所述推力衰减系数为全回转推进器在对应方位角实际产生的推力与理论推力的比值；
步骤20，依据步骤10获得的全回转推进器在各检测方位角的推力衰减系数，通过线性插值的方式，建立全回转推进器的推力衰减模型，用于得到全回转推进器在任意方位角上的推力衰减系数；
步骤30，依据步骤20中的推力衰减模型得出各全回转推进器实际产生的纵向力、横向力及艏向力矩，建立推力分配优化模型；
步骤40，采用二次规划或序列二次规划求解推力分配优化模型，计算得到各全回转推进器的控制指令。
优选地，所述步骤10中，设定每个全回转推进器的检测方位角个数为H，第
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本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本发明通过实船试验获取较为精确的推力损失数据后，建立了推力衰减模型和推力分配优化模型，适用于所有安装全回转推进器的动力定位船舶，具有较强的通用性；能够有效降低全回转推进器的推力损失所带来的推力误差，便于工作人员对船舶进行动力定位；同时使得全回转推进器方位角的可行域连续，能够防止全回转推进器出现角度跳变，便于控制，而且可以采用常规算法进行求解，如二次规划算法或者序列二次规划算法，收敛性好，具有较高的计算效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明提供的推力衰减处理方法的流程图。
图2是本发明提供的船舶推进器的配置图。
图中：1、第一推进器；2、第二推进器；3、第三推进器；4、第四推进器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
如图1所示，本发明提供的一种用于船舶推力分配的全回转推进器推力衰减处理方法，包括以下步骤：
步骤10，对各全回转推进器设定多个检测方位角，通过实船试验数据获取各个全回转推进器在检测方位角的推力衰减系数，所述推力衰减系数为全回转推进器在对应方位角实际产生的推力与理论推力的比值，如图2所示，本实施例中第一推进器1与第二推进器2均为全回转推进器，第三推进器3与第四推进器4均为主槽道推进器，设定每个全回转推进器的检测方位角个数为H，设定第
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且衰减系数为1的全回转推进器，其中，主槽道推进器是指船舶的主螺旋桨推进器，用以提供沿船舶纵向的推力，侧槽道推进器是指安装于船舶艏部或艉部的推进器，用以提供沿船舶横向的推力，因此，在本实施例中，第三推进器3的方位角/>
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推力分配优化模型的目标函数为：
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步骤40，采用二次规划或序列二次规划求解推力分配优化模型，计算得到各全回转推进器的控制指令。
本发明通过实船试验获取较为精确的推力损失数据后，建立了推力衰减模型和推力分配优化模型，适用于所有安装全回转推进器的动力定位船舶，具有较强的通用性；能够有效降低全回转推进器的推力损失所带来的推力误差，便于工作人员对船舶进行动力定位；同时使得全回转推进器方位角的可行域连续，能够防止全回转推进器出现角度跳变，便于控制，而且可以采用常规算法进行求解，如二次规划算法或者序列二次规划算法，收敛性好，具有较高的计算效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种用于船舶推力分配的全回转推进器推力衰减处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
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步骤40，采用二次规划或序列二次规划求解推力分配优化模型，计算得到各全回转推进器的控制指令。
2.根据权利要求1所述的一种用于船舶推力分配的全回转推进器推力衰减处理方法，其特征在于，所述步骤30中，依据步骤20中的推力衰减模型得出的第
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个全回转推进器实际产生的纵向力/>
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3.根据权利要求2所述的一种用于船舶推力分配的全回转推进器推力衰减处理方法，其特征在于，所述步骤30中，推力分配优化模型的目标函数为：
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推力分配优化模型的目标函数对应的约束条件为：
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