[发明专利]一种基于环境估计的船舶运动补偿控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及动力定位控制领域，具体涉及一种基于环境估计的船舶运动补偿控制方法。

背景技术

对海洋进行充分地探索和研究，进行合理而有效的资源开采，对人类社会的发展起着不可估量的作用。随着海洋资源开采不断向深海推进，现如今的一些海上作业平台，比如浮式生产储油轮、海洋钻井平台等，虽然仍可以完成油气开采、铺管铺缆、海洋地质勘探等，但综合考虑效果均不理想。在此背景下，船舶动力定位系统(Dynamic Positioning System，简称DPS)应运而生。近年来，动力定位系统对获取海洋资源的主导权起着关键性的作用。船舶动力定位系统是一种通过推进系统产生推力以抵抗外界的环境干扰(风、波浪和海流)，从而动态控制船舶定位在某确定的位置或按照一定的预设航线航行的技术。

海洋环境变化多端，运动过程中船舶要抵抗不同的环境外力。而控制不同环境合外力影响下的船舶运动，需要调整不同的控制器参数，所以在变化不定的海洋环境中，为保证船舶运动的控制精度不是一件易事。目前，较为先进的控制方法是混杂控制，但是船舶运动控制器需要根据海况的变化自动切换控制算法及其相应参数，比较复杂。本专利中所设计的船舶运动控制方法，在不同海况下船舶运动控制器无需切换控制器算法及其参数。目前国内外文献中，尚未出现过采用本方法的船舶运动控制器。

发明内容

本发明的目的是提供一种在海况变化时可以使船舶运动控制器不必调整控制算法参数，而使船舶保持运动精度的基于环境估计的船舶运动补偿控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

步骤1：通过船上安装的传感器系统来测量船舶的位置和艏向；

步骤2：利用卡尔曼滤波器滤除掉波浪干扰中的高频部分和测量传感器在测量船舶位置和艏向过程中产生的测量噪声，将得到的满足精度要求的船舶的位置和艏向信息发送给状态反馈控制器；

步骤3：在无风静水的海洋环境下，根据具体设计的控制器的不同调节相应的参数；

步骤4：根据环境估计算法对作用在船舶上的外界环境干扰力进行估计；

步骤5：将控制器得出的控制力与估计出的环境干扰力相减得出船舶推进器推力及转矩，从而控制船舶运动。

环境干扰力为：

τ^env(t)=β+K0Mv]]>

式中，为环境作用估计，分别对应环境干扰对船舶的纵向、横向合力和艏向合力矩，K₀是一个设定的整定对称常矩阵，β是中间辅助变量：

β·=-K0β-K0(-D(v)v-μ+τ+K0Mv)]]>

环境作用的估计偏差：