[发明专利]一种考虑推进器故障的智能船舶推力分配方法

说明书

本发明提供一种考虑推进器故障的智能船舶推力分配方法，包含步骤：S1、确定船体坐标系下，船舶各推进器的分布位置及工作参数；S2、检测各推进器是否存在故障，当无推进器故障，基于推进器的所述工作参数建立船舶推力预测模型；当推进器故障，修改所述船舶推力预测模型；S3、以推进器的推力向量为状态量，以推进器的推力变化率为控制量，基于所述船舶推力预测模型的成本函数和约束条件滚动优化，求解得到各推进器的推力值、推力方位角并分配给对应的推进器。本发明具有更大的优化可行域，同时考虑了推进器故障下的推力分配，通过本发明能够准确跟踪船舶期望的推力，保证船舶行驶的稳定性和安全性。

技术领域

本发明涉及船舶推力分配领域，具体涉及一种考虑推进器故障的智能船舶推力分配方法。

背景技术

近几年来，智能船舶受到全世界造船界和航运界的广泛关注，智能船舶可以实现在开阔水域自主航行、自动靠泊、在复杂水域自动避障的功能，对于推进系统有很高的要求，需要推进器提供使船舶抵御外界干扰、维持正常工作的推力合力和合力矩。智能船舶一般配置有多个推进器，对于期望的推力合力和合力矩，会存在多种推进器分配方式，如何设计一个合理、有效的推力分配优化方法是一个研究热点。

如今传统的推力分配优化方法考虑到简单性和实时性，大都采取伪逆算法或序列二次规划算法等单步优化方法。但作为单步优化算法，其每一次优化的搜索可行域较小，得到的推进器状态不一定达到最优，会降低船舶的工作效率和机动性。而且大部分推力分配方法只考虑推进器正常工作的情况，对推进器故障情况考虑较少，影响船舶运行的安全性和可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑推进器故障的智能船舶推力分配方法，本发明基于船舶推力预测模型控制船舶上多个推力器的推力分配，针对传统推力分配单步优化方法的不足，本发明预测模型的成本函数中考虑到了推进器的推力饱和特性和能量消耗等因素，以此提高船舶的控制精度，减少船舶工作时的能量消耗，并且在建立预测模型时还考虑到推进器故障的特殊情况，保证了船舶航行的安全性与稳定性。

为了达到上述目的，本发明提供一种考虑推进器故障的智能船舶推力分配方法，船舶包含第一至第n推进器，其中第一至第n-1推进器为全回转推进器，第n推进器为槽道推进器，所述方法包含步骤：

S1、确定船体坐标系下，船舶各推进器的分布位置及工作参数；

S2、检测各推进器是否存在故障，当无推进器故障，基于推进器的所述工作参数建立船舶推力预测模型；

S3、以推进器的推力向量为状态量，以推进器的推力变化率为控制量，基于所述船舶推力预测模型的成本函数和约束条件滚动优化，求解得到各推进器的推力值、推力方位角并分配给对应的推进器。

可选的，步骤S1所述工作参数包含：推进器推力幅值上下限、推进器方位角上下限、推进器方位角变化率上下限以及推进器推力幅值变化率上下限。

可选的，步骤S2中所述船舶推力预测模型为：

τ＝B(α)F＝B(α)[F₁ F₂ … F_n]^T

其中，τ为全部推进器的推力合力，F_i为第i推进器的推力幅值，F＝[F₁ F₂ … F_n]^T；

B(α)为船舶的推力结构矩阵，B(α)＝[b_a(a₁),…,b_a(a_n-1),b_c]；b_a(α_i)为第i推进器的推力结构矩阵，i∈[1,n-1]；b_c为第n推进器的推力结构矩阵；

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