[发明专利]基于波浪前馈的动力定位模型试验控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于波浪前馈的动力定位模型试验控制方法，由位置测量系统测量得到船舶位置，该位置信息发送到滤波器中，由滤波器估算出船舶的低频位置x和低频速度v；在船舶重心位置设置浪高仪，实时监测波高，依据船舶在该姿态下二阶波浪力的传递函数，估算出船舶此时所受的平均二阶波浪力F_波浪，提前将其加入到所需控制力τ中：τ＝k_p*x+k_d*v+k_i*∫xdt+F_波浪；式中k_p、k_d和k_i分别为PID控制器的比例系数、微分系数和积分系数，t表示的是时间。本发明提供了波浪前馈的方式，显著提高动力定位模型试验的定位精度，使测量得到的数据能对实际动力定位系统的设计提供重要参考。

技术领域

本发明涉及一种基于波浪前馈的动力定位模型试验控制方法，用于船舶动力定位，属于海洋工程技术领域。

背景技术

在海洋工程领域，为了确定海洋结构物的受力、运动、系泊系统及立管系统的运动响应，为今后的设计提供重要依据，物理模型试验是一种重要的手段。动力定位模型试验能够在风浪流水池中，模拟海洋结构物在指定海况下的定位精度、功率消耗等重要信息，为实际应用中动力定位系统的设计提供重要参考，因此非常重要。一旦结构物定位精度达不到要求，偏移过大，就难以获得真实定位情况下系统的各项参数，必须要保证精准的定位。

现有的船舶动力定位方法，采用纯反馈控制，必须先有偏移才有力反馈，虽然有积分环节，但为了保证系统的稳定性，通常积分系数取值非常小。而实际控制中很容易受到外界的扰动而产生较大的偏移，在定位点附近来回震荡，最终导致系统达不到要求的定位精度，使测量得到的数据信息难以对工程应用提供参考价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于波浪前馈的动力定位模型试验控制方法，通过实时监测波高，通过数学运算加入前馈力，使得船舶不需要先有偏移，就能产生大致的推力抵抗外界环境载荷，从而能保证船舶高精度的定位，显著提高动力定位模型试验的定位精度，使测量得到的数据能对实际动力定位系统的设计提供重要参考。

本发明采取以下技术方案：

一种基于波浪前馈的动力定位模型试验控制方法，由位置测量系统测量得到船舶位置，该位置信息发送到滤波器中，由滤波器估算出船舶的低频位置x和低频速度v、艏向角α；在船舶重心位置设置浪高仪，实时监测波高，依据船舶在该艏向角下二阶波浪力的传递函数，估算出船舶此时所受的平均二阶波浪力F_波浪，提前将其加入到所需控制力τ中：

τ＝k_p*x+k_d*v+k_i，∫xdt+F_波浪；

F_波浪＝2P_平均*η²；

式中k_p、k_d和k_i分别为PID控制器的比例系数、微分系数和积分系数，t表示的是时间；P(w,w，α)为指定艏向角α方向上的二阶波浪力传递函数，其中α表示艏向角；S(w)为试验时的波浪谱密度函数；η为波高，由浪高仪测量得到。

一种实施上述的试验控制方法的控制系统，包括中心PID控制器、位置测量系统，滤波器，浪高仪，波浪前馈控制器，动力定位船舶；所述中心PID控制器、动力定位船舶、位置测量系统、滤波器、中心PID控制器依次连接；所述浪高仪与波浪前馈控制器连接；所述滤波器、波浪前馈控制器、中心PID控制器依次连接。

本发明的有益效果在于：

1)提供了波浪前馈的方式，显著提高动力定位模型试验的定位精度，使测量得到的数据能对实际动力定位系统的设计提供重要参考。