專利名稱：采用動(dòng)態(tài)禁止角的動(dòng)力定位推力分配裝置及其分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋結(jié)構(gòu)物動(dòng)力定位推力分配方法，特別是涉及一種采用動(dòng)態(tài)禁止角的動(dòng)力定位推力分配裝置及其分配方法。
背景技術(shù)：
隨著人類的探索領(lǐng)域向廣袤的大洋延伸，在深水區(qū)域作業(yè)的海洋結(jié)構(gòu)物，如海洋平臺(tái)，各類工作船等的定位問題變的日益突出。在淺水區(qū)域，海洋結(jié)構(gòu)物的定位尚且可以通過錨泊方式解決，但隨著水深的加大，錨泊定位的成本呈指數(shù)趨勢(shì)升高，所以需要新型的定位方式解決海洋結(jié)構(gòu)物定位的問題。動(dòng)力定位便是在這一背景下出現(xiàn)并發(fā)展起來的。海洋結(jié)構(gòu)物上配置的動(dòng)力定位系統(tǒng)通過衛(wèi)星或水聲列陣獲得結(jié)構(gòu)物當(dāng)前位置，控制器由其與目標(biāo)位置的偏差值計(jì)算出結(jié)構(gòu)物回復(fù)到目標(biāo)位置所需推力和轉(zhuǎn)矩，由于海洋結(jié)構(gòu)物裝配有若干個(gè)推進(jìn)器提供推力和轉(zhuǎn)矩，所以由推力分配方法將控制器提供的總推力和轉(zhuǎn)矩分配到各 個(gè)推進(jìn)器上，最終實(shí)現(xiàn)了通過推進(jìn)器的動(dòng)力定位。推力分配方法是動(dòng)力定位系統(tǒng)中的重要部分之一，它不僅需要快捷地計(jì)算出將總推力和扭矩分配到各個(gè)推進(jìn)器上的方法，同時(shí)還需使各個(gè)推進(jìn)器上的總功率達(dá)到最小，所以推力分配本質(zhì)上是一最優(yōu)化為題。推力分配中必須考慮螺旋槳推進(jìn)器之間水動(dòng)力干擾的問題。對(duì)于串聯(lián)排列的全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，前推進(jìn)器的尾流會(huì)使后推進(jìn)器的推力出現(xiàn)較大的損失，所以必須為前推進(jìn)器的回轉(zhuǎn)角設(shè)置禁止區(qū)域，以避免其尾流對(duì)后推進(jìn)器的干擾。在現(xiàn)有技術(shù)中，前推進(jìn)器的禁止角會(huì)根據(jù)兩推進(jìn)器之間的距離進(jìn)行設(shè)定，但一經(jīng)設(shè)定便不會(huì)更改。這種處理方式?jīng)]有考慮到前后推進(jìn)器的螺旋槳轉(zhuǎn)速比對(duì)于其水動(dòng)力干擾程度的影響。很顯然，若前后推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速比較大，則前推進(jìn)器尾流對(duì)后推進(jìn)器的干擾程度也越大，那么必須增大前推進(jìn)器回轉(zhuǎn)角的禁止區(qū)域；反之亦然。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決在推力分配中對(duì)前后推進(jìn)器轉(zhuǎn)速比造成的水動(dòng)力干擾程度變化缺乏考慮的問題而提出的。其技術(shù)方案如下一種采用動(dòng)態(tài)禁止角的動(dòng)力定位推力分配裝置，包括一臺(tái)實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)和若干臺(tái)分布在船體上的全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，其特點(diǎn)在于，各全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器上分別安裝有螺旋槳轉(zhuǎn)速傳感器和全回轉(zhuǎn)角度傳感器，所述的螺旋槳轉(zhuǎn)速傳感器和全回轉(zhuǎn)角度傳感器通過數(shù)據(jù)線分別與實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)相連。所述的各全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器分布在船體的艏部、艉部，以及船體的左右舷的前后部。一種利用所述的采用動(dòng)態(tài)禁止角的動(dòng)力定位推力分配裝置進(jìn)行推力分配的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟步驟1，在實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)中，下述推力分配問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化理論中的二次規(guī)劃問題。
權(quán)利要求
1.ー種采用動(dòng)態(tài)禁止角的動(dòng)カ定位推力分配裝置，包括一臺(tái)實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)(I)和若干臺(tái)分布在船體上的全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器(4)，其特征在于，各全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器(4)上分別安裝有螺旋槳轉(zhuǎn)速傳感器(2)和全回轉(zhuǎn)角度傳感器(3)，所述的螺旋槳轉(zhuǎn)速傳感器(2)和全回轉(zhuǎn)角度傳感器(3)通過數(shù)據(jù)線分別與實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)(I)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用動(dòng)態(tài)禁止角的動(dòng)カ定位推力分配裝置，其特征在于，所述的各全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器(4)分布在船體的艏部、艉部，以及船體的左右舷的前后部。
3.ー種利用權(quán)利要求I或2所述的采用動(dòng)態(tài)禁止角的動(dòng)カ定位推力分配裝置進(jìn)行推力分配的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 步驟1，在實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)中，將推力分配問題轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃問題，得到如下模型
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的進(jìn)行推力分配的方法，其特征在干，該步驟2中更新可行區(qū)域的具體方法為 1)計(jì)算前后兩個(gè)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速比由螺旋槳轉(zhuǎn)速傳感器得到每步初始時(shí)刻處于距離最接近、且前推進(jìn)器螺旋槳產(chǎn)生的尾流會(huì)對(duì)后推進(jìn)器的螺旋槳有直接影響的的前后兩個(gè)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速nf和na,然后由實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)計(jì)算轉(zhuǎn)速比nf/na ； 2)計(jì)算前槳禁止角大小根據(jù)I)中轉(zhuǎn)速比nf/na，在實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)中的轉(zhuǎn)速比與前槳禁止角的關(guān)系曲線中查到前槳禁止角大??； 3)計(jì)算前全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器回轉(zhuǎn)角的可行域上下限根據(jù)步驟2)所得前槳禁止角大小，在實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)中計(jì)算得到前推進(jìn)器回轉(zhuǎn)角的可行域上下限a_，amin。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種采用動(dòng)態(tài)禁止角的海洋結(jié)構(gòu)物動(dòng)力定位推力分配方法。推力分配方法為最優(yōu)化問題中的二次規(guī)劃問題，通過考慮前后兩個(gè)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速比，可以實(shí)時(shí)更新最優(yōu)化問題中前推進(jìn)器回轉(zhuǎn)角的禁止角大小，即回轉(zhuǎn)角的可行區(qū)域，隨后求解二次規(guī)劃問題，獲得全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器上的推力分配方案。通過引入動(dòng)態(tài)禁止角的概念，本發(fā)明方法可以一方面避免前推進(jìn)器尾流對(duì)于后推進(jìn)器的干擾，另一方面也可以擴(kuò)大前推進(jìn)器回轉(zhuǎn)角的可行區(qū)域，從而使二次規(guī)劃問題能獲得更為優(yōu)化與合理的結(jié)果。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102841970SQ20121035667
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者王磊, 李博, 徐勝文 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)