[发明专利]船舶动力减摇装置及减摇控制方法

说明书

本发明涉及一种船舶动力减摇装置及减摇控制方法，通过采集船舶姿态传感器横摇数据以及推进器推力反馈数据送推力分配控制单元，实时控制船舶侧向推进器、主推进器和舵桨，实现船舶的局部减摇功能。该策略适用于安装有艏部侧向推进器、艉部侧向推进器、全回转主推进器或者常规调距桨(含舵)的船舶。该策略无需借助减鳐鳍或者减摇水舱等专门减摇装置，是一种利用船舶推进装置本身实现局部减摇功能的新颖的减摇策略。

技术领域

本发明涉及一种船舶姿态控制技术，特别涉及一种船舶动力减摇装置及减摇控制方法。

背景技术

船舶在航行过程中，由于受到自身运动和海浪、海风及海流等海洋环境扰动等因素影响，常常导致船体产生摇摆运动，船体的剧烈摇摆运动不仅会对船员的工作、生活造成影响，还会严重影响到船舶的航行安全，因此如何保证船舶在航行过程中保持良好姿态变得非常重要。船舶姿态控制主要研究的是船舶的减摇，即通过控制船体的横摇，使船舶在航行过程中保持良好的姿态。目前，船舶减摇的方法，几乎都是通过加装减鳐鳍、减摇水舱、舭龙骨、减摇陀螺等专门的减摇装置来实现，取得了良好的减摇效果，但也增加了船舶建造的复杂度和维护难度。因此，如何在不安装专门的减摇装置的情况下，实现船舶有效减摇，成为船舶减摇领域的一大难题。

发明内容

针对船舶减摇问题，提出了一种船舶动力减摇装置及减摇控制方法，是一种没有专门的减摇装置的情况下的减摇控制方案。

本发明的技术方案为：一种船舶动力减摇装置，包括船舶姿态数据采集与处理单元、推进器推力反馈与处理单元以及推力分配控制单元，通过船舶姿态数据采集与处理单元采集船舶姿态数据，通过推进器推力反馈与处理单元采集推进器推力反馈数据，船舶姿态数据以及推进器推力反馈数据送推力分配控制单元，推力分配控制单元进行推力分配输出，实时控制船舶侧向推进器、主推进器和舵桨，产生综合矢量力部分抵消波浪的影响。

一种船舶动力减摇控制方法，首先对推进系统进行建模，在推进系统模型基础上，以功率消耗惩罚项和分配误差惩罚项和最小为目标函数建立二次规划形式的推力分配数学模型；对推力分配数学模型，采用起作用集法求解，在每次迭代过程中将已知的可行解视为起点，然后在不考虑其余约束条件的同时将该点的起作用约束视为等式约束，解出目标函数的最小值，得出新的可行解输出用于实时控制方案。

进一步，所述推进系统模型为推力分配控制单元生成的船舶所需横荡、纵荡方向的推力F_X、F_Y及转艏所需的力矩N_T：

F_X＝F_t cosβ-F_左total cosαcosβ+F_右total cosαcosβ，

F_Y＝F_左total sinα+F_右total sinα，

式中，以船重心为坐标原点，侧推位置为(0，l_侧y)，左主推位置为(l_左y，l_左y)，右主推位置为(l_右x，l_右y)；β为姿态传感器检测到的左/右倾角度；α为方向角；F_t为侧推输出推力，F_左total为左侧主推进器输出推力，F_右total为右侧主推进器输出推力。

进一步，所述推力分配数学模型为：

约束条件为：

其中