[发明专利]一种基于被动式无源观测器的DP船滤波方法

说明书

本发明公开了一种基于被动式无源观测器的DP船滤波方法，包括以下步骤：设计被动式无源观测器的观测方程；选择相关状态变量；船舶运动模型中矩阵参数的具体设定；增益矩阵的形式及参数的确定方法；将输入量输入至所述被动式无源观测器中，以得到相应的输出量；通过获得的所述输出量计算得到船舶的估计运动位置和一阶波浪力的大小。本发明的DP船滤波方法中滤波效果明显，有效地消除了一阶波浪力的干扰，证明了一种DP控制系统基于被动式无源观测器的DP船滤波方法的有效性和真实性，有利于降低船舶运动控制器的设计难度，减少推进系统的无效推力输出及全回转推进器方位角的无效输出，对于DP船舶的运动控制来说具有重要的研究意义和工程价值。

技术领域

本发明涉及船舶设备技术领域，具体而言，特别涉及一种基于被动式无源观测器的DP船滤波方法。

背景技术

目前全球各国的经济正在高速的发展中，各国对能源的消耗也在与日俱增，众多科学家早已将目光投向具有丰富自然矿藏资源的海洋领域。众多的海洋工程项目中都有动力定位系统的身影，如矿产勘探、油气开采、水下铺管、海洋地址考察、潜水作业、水产捕捞、水下布雷等都需要船舶或海洋平台必须具有较高的动力定位能力。

DP船舶在海洋中运动时，周围海洋环境的扰动会明显地影响船舶的运动与控制，而且扰动具有较强的波动性和随机性，其对于研究船舶的运动以及响应特性来说，会产生一定的干扰。船舶运动过程中，主要影响船舶运动的环境因素有风、浪、流，其中海浪导致引起产生的一阶波浪力会导致船舶发生高频运动，并且这种运动是均值为零的往复运动，船舶不应抵抗的运动，如果船舶抵抗响应这种高频运动就会引起很多不必要的控制，进而使得船舶的推进系统会不断的响应这种高频运动，加速推进系统的磨损老化，消耗过多的能量。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。有鉴于此，本发明需要提供一种滤波效果明显，有效地消除一阶波浪力的干扰，证明一种DP控制系统基于被动式无源观测器的DP船滤波方法的有效性和真实性，有利于降低船舶运动控制器的设计难度，减少推进系统的无效推力输出及全回转推进器方位角的无效输出，对于DP船舶的运动控制来说具有重要的研究意义和工程价值的基于被动式无源观测器的DP船滤波方法。

本发明提供一种基于被动式无源观测器的DP船滤波方法，包括以下步骤：

S1、设计被动式无源观测器的观测方程；

S2、选择相关状态变量；

S3、船舶运动模型中矩阵参数的具体设定；

S4、增益矩阵的形式及参数的确定方法；

S5、将输入量输入至所述被动式无源观测器中，以得到相应的输出量；

S6、通过获得的所述输出量计算得到船舶的估计运动位置和一阶波浪力的大小。

根据本发明的一个实施例，步骤S1之前还包括以下两步：

第一步、选择两个DP系统常用参考系，北东坐标系和船体坐标系，定义在北东坐标系下船舶三自由度向量η和船体坐标系下的速度向量v分别为：

η＝[N E ψ]^T

v＝[u v r]^T

两坐标系的转换关系如下：式中：R(ψ)为转换矩阵，

第二步、使用DP船舶的非线性运动模型为：

y＝η+η_h+ω_y