[发明专利]一种动力定位船舶铺管循迹导引方法

说明书

技术领域

本发明属于船舶铺管作业领域，尤其涉及一种动力定位船舶铺管循迹导引方法。

背景技术

随着陆地资源的日益减少，人类越发重视对海洋尤其是深海资源、能源的利用与开发，海洋油气资源运输是海洋资源利用过程中至为重要的一环，水下管道在油气运输中起着重要的作用，海底管道路径规划的优劣、铺管精度的高低对提高深海资源的运输效率有着重要影响。铺管船在进行管道铺设作业时，需控制船舶在海上定位或沿着预先设定好的路径进行循迹，DP系统通过推进器推力能够控制船舶自动地保持位置和艏向，具有定位精度高、机动灵活等优点，由此DP系统开始在铺管船上得到广泛应用。如何根据预先设定好的航迹点合理、科学地规划出管道铺设路径以及船舶循迹路径并利用DP系统控制铺管船沿规划好的路径准确循迹成为科学研究和工程实践领域人们研究的热点。科学地规划管道着地点路径以及船舶循迹路径，避免因转折角度过大导致管道弯曲段曲率过大，超过其应力承受上限从而导致管道损坏的情况发生成为保证动力定位船舶安全作业的一个重要功能。

关于如何根据设定的航迹点合理地规划出管道着地点铺设路径以及船舶循迹路径的相关文献较少，杨丽丽在其硕士论文《S型铺管船动力定位鲁棒控制方法研究》以及谢文博在其博士论文《船舶铺管作业动力定位控制方法研究》中均为铺管船循迹设计了控制方法，并提及了管道铺设时需注意管道参考轨迹与实际铺设路径的差异，但都没有提出具体的路径规划方法。国际上主流的动力定位产品如北欧挪威Kongsberg公司设计的DP操纵台已实现了给定航迹点后自动规划出管道铺设路径与船舶循迹路径的功能，但没有给出具体实现方法。目前国内外文献中尚未给出本文所提路径规划方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提高系统稳定性与控制精度的，动力定位船舶铺管循迹导引方法。

一种动力定位船舶铺管循迹导引方法，包括以下步骤，

步骤一：根据铺管船设定的铺管起始点a(x₁,y₁)、转折点b(x₂,y₂)、铺管终止点c(x₃,y₃)、管道着地点纵向速度v_dp以及角速度ω计算出管道铺设路径；

步骤二：根据管道铺设路径以及管道悬跨段长度计算出船舶期望路径；

步骤三：根据管道铺设路径以及设定的速度计算出导引点运动轨迹；

步骤四：计算当前时刻船舶的实际位置和艏向与导引点的位置和艏向的偏差，采用PID控制律，获得船舶进行铺管作业的控制力和力矩；

步骤五：根据铺管船的实际位置求解出管道的实际铺设位置。

本发明还可以包括：

1、管道铺设路径包括：

(1)直线段管道铺设路径：铺管起始点a(x₁,y₁)与转弯起始点p_ts(x_ts,y_ts)的连线及转弯终止点p_te(x_te,y_te)与铺管终止点c(x₃,y₃)的连线，