[发明专利]一种工程船的多推进器联合操控方法

说明书

本发明公开了一种工程船的多推进器联合操控方法，操作员根据当前船舶位置及航速，按照需求操纵摇杆，以摇杆作为模拟信号输入单元，发送横向推力或纵向推力或艏摇力矩指令到控制器；控制器对接收到的模拟信号进行转换处理，得到与推力及转矩要求对应的数值；控制器形成带有约束条件的最优控制问题，通过单片机进行优化算法计算，实现对最优控制问题的实时求解，控制器将求解结果转换为模拟信号，输出到各个推进器上，达到同步控制推进器方向和转速的目的。本发明利用优化算法在控制器上通过单片机求解优化控制问题，推进器执行控制器的指令，即可快速灵活的控制船舶的姿态，降低对操作员的要求，方便高效的同时控制各个推进器。

技术领域

本发明属于船舶推进器控制技术领域，特别是涉及一种工程船的多推进器联合操控方法。

背景技术

在传统的船舶上，通常配备固定螺旋桨(带舵)作为推进及操纵工具。

随着船舶作业工况日益丰富，对于船舶作业姿态及操纵性的要求越来越高。各种新型的推进器出现在船舶的推进配置中，如全回转推进器，吊舱推进器，以及横向布置的槽道推进器等。

推进器种类的增多意味着船舶驾驶操作员对各类推进器的工作方式有更深入的了解。

同时，推进器的数量增多对各个推进器之间的协同操纵提出了更高的要求，单单依靠人的操控已难满足实际需求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明专利提供了一种工程船的多推进器联合操控方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种工程船的多推进器联合操控方法，基于配置有一个三自由度摇杆、一个控制器和多个推进器的工程船，步骤为：

a)，操作员根据观察到的当前船舶位置及航速，按照需求操纵摇杆，以摇杆作为模拟信号输入单元，发送横向推力或纵向推力或艏摇力矩指令到控制器：摇杆横向增益代表船舶横荡方向推力要求，摇杆纵向增益代表船舶纵荡方向推力要求，摇杆旋钮增益代表船舶首向力矩要求；

b)，控制器对接收到的模拟信号进行相应的转换处理，得到与推力及转矩要求对应的数值；

c)，控制器基于考虑推进器的角度变化率、推力变化率、推力大小限制、推进器推力禁区等限制条件，以满足推进器系统最优能耗和推力及角度最佳分配为目标，形成带有约束条件的最优控制问题：

基于能量最优原则建立推力优化分配目标函数

min(u^TWu+s^TQs)，

其中u为推进器推力，s∈R^3×1代表了控制力和力矩与分配力和力矩之间的偏差，W、Q为配置矩阵，需满足如下约束条件：

s＝τ-Bu，

Au＜b，

其中B为推进器角度形成的常数矩阵，A，b为不等式约束条件形成的常数矩阵；

d)，控制器将步骤b)的数值作为控制优化算法的输入通过单片机进行优化算法计算，保证求解的实时性，在控制器上实现优化算法对最优控制问题的求解；

e)，控制器将优化算法的求解结果通过控制器转换为模拟信号，合理分配推力及方向输出到各个推进器上，达到同步控制推进器方向和转速的目的。

其中所述步骤c)中的目标函数添加限制推进器旋转的速率的角度约束项和奇异矩阵避免项后得到如下函数：

其中α代表推进器的角度，对角度约束项和奇异矩阵避免项进行标准二次化处理得到如下标准二次函数：