[发明专利]采用动态禁止角的动力定位推力分配装置及其分配方法

权利要求书

1.一种采用动态禁止角的动力定位推力分配装置，包括一台实时控制计算机(1)和若干台分布在船体上的全回转推进器(4)，其特征在于，各全回转推进器(4)上分别安装有螺旋桨转速传感器(2)和全回转角度传感器(3)，所述的螺旋桨转速传感器(2)和全回转角度传感器(3)通过数据线分别与实时控制计算机(1)相连。

2.根据权利要求1所述的采用动态禁止角的动力定位推力分配装置，其特征在于，所述的各全回转推进器(4)分布在船体的艏部、艉部，以及船体的左右舷的前后部。

3.一种利用权利要求1或2所述的采用动态禁止角的动力定位推力分配装置进行推力分配的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1，在实时控制计算机中，将推力分配问题转化为二次规划问题，得到如下模型：

minJ(Δα,ΔT,s)=(T0+ΔT)TW(T0+ΔT)]]>

+sTQs+ΔαTΩΔα]]>

+ddα(ρϵ+det(B(α)BT(α)))α=α0Δα]]>

s.t.s+B(α0)T0+B(α0)ΔT+∂∂α(B(α)T)α=α0T=T0Δα=τ]]>

T_min≤T₀+ΔT≤T_max

ΔT_min≤ΔT≤ΔT_max

α_min≤α₀+Δα≤α_max

Δα_min≤Δα≤Δα_max

其中：α₀,T₀分别为每步全回转推进器回转角和推力的初始值，在实时控制计算机中根据上一个时间步长中由螺旋桨转速传感器与全回转角度传感器提供的数据计算得到；τ为实时控制计算机发出的总推力和转矩向量；T_min,T_max分别为全回转推进器所能发出推力大小的下限和上限，在实时控制计算机中设置得到；ΔT_min,ΔT_max分别为全回转推进器推力值变化速度的下限和上限，在实时控制计算机中设置得到；α_min，α_max分别为全回转推进器回转角的下限和上限，即排除禁止角区域的可行域，通过实时控制计算机的计算得到；Δα_min,Δα_max分别为全回转推进器回转角变化速度的下限和上限，为实时控制计算机中的设置值；W,Q,Ω为目标函数中的权重矩阵，ρ,ε为非零系数，均在实时控制计算机中设置；

B(α)为全回转推进器的布置矩阵，其第i列为：

Bi(αi)=cosαisinαi-lyicosαi+lxisinαi]]>

其中α_i为第i个全回转推进器的回转角，(l_xi，l_yi)为第i个全回转推进器在随船坐标系下的水平面坐标值；

步骤2，选择距离最接近、且前推进器螺旋桨产生的尾流会对后推进器的螺旋桨有直接影响的前后两个全回转推进器，在每一步由螺旋桨转速传感器得到其此时转速，然后根据前全回转推进器与后全回转推进器的转速比，更新前全回转推进器回转角的可行域上下限α_max,α_min；

步骤3，将步骤2中更新的前全回转推进器回转角的可行域上下限α_max,α_min代入步骤1的二次规划问题模型中，求解得到每步计算的推力分配的松弛因子s，它代表推力分配结果与目标值的误差；以及各全回转推进器回转角的变化量Δα和全回转推进器推力的变化向量ΔT，即各全回转推进器上的用于下一个时间步长的推力分配指令。

4.根据权利要求3所述的进行推力分配的方法，其特征在于，该步骤2中更新可行区域的具体方法为：

1)计算前后两个全回转推进器的转速比：由螺旋桨转速传感器得到每步初始时刻处于距离最接近、且前推进器螺旋桨产生的尾流会对后推进器的螺旋桨有直接影响的的前后两个全回转推进器的转速n_f和n_a，然后由实时控制计算机计算转速比n_f/n_a；

2)计算前桨禁止角大小：根据1)中转速比n_f/n_a，在实时控制计算机中的转速比与前桨禁止角的关系曲线中查到前桨禁止角大小；

3)计算前全回转推进器回转角的可行域上下限：根据步骤2)所得前桨禁止角大小，在实时控制计算机中计算得到前推进器回转角的可行域上下限α_max,α_min。