一种挖泥船动力定位系统推力分配的寻优方法

摘要

本发明涉及一种挖泥船动力定位系统推力分配的寻优方法。本发明属于精确疏浚技术领域。一种挖泥船动力定位系统推力分配的寻优方法，其特点是：动力定位系统控制的是纵荡、横荡和艏摇三个自由度运动，寻优过程：1）建立动力定位系统推力分配的模型；2）建立目标函数和限制条件；求解非线性方程组的最优化，即在约束条件下从期望控制量到各个执行机构控制指令的非线性映射过程；3）推进器的正向扇形推力区域，再分子域，在每一个子域里寻找解；4）应用上述的推力分配控制策略，比较哪一种情况其目标函数最小，即为推力分配的最优方案，求出桨舵组合和侧推的扩展推力。本发明具有精度高，机动性强，方法简便，实用性好，应用范围广等优点。

主权项

1.一种挖泥船动力定位系统推力分配的寻优方法，其特征是：动力定位系统推力分配的寻优时，动力定位系统控制的是纵荡、横荡和艏摇三个自由度运动，控制器根据计算每个采样时刻的位置和艏向偏差，得到推力分配的输入量，即水平方向上推力指令和艏摇力矩指令；动力定位系统推力分配的寻优过程，包括以下步骤：1）建立动力定位系统推力分配的模型，令推力指令τ=[X,Y,N]^l∈□³，则τ=Bu其中，u=[X₁,Y₁,X₂,Y₂,Y₃]^T$B=\left[\begin{array}{ccccc}1& 0& 1& 0& 0\\ 0& 1& 0& 1& 1\\ -l_{1,y}& l_{1,x}& -l_{2,y}& l_{2,x}& l_{3,x}\end{array}\right].$X、Y、N分别为耙吸挖泥船受到的纵向、横向、艏摇方向的力和力矩，τ为推力，X₁ 1组桨舵联合产生的纵向力、Y₁ 1组桨舵联合产生的横向力、X₂ 2组桨舵联合产生的纵向力、Y₂ 2组桨舵联合产生的横向力、Y₃为侧推产生的横向力；2）建立目标函数和限制条件；求解非线性方程组的最优化，即在约束条件下从期望控制量到各个执行机构控制指令的非线性映射过程；推力分配的目标是找到一个控制策略u，这个推力矢量u需要满足它必须是在推力范围内的，并且在可行解范围内是目标函数的最优解，同时要满足每个推进器的限制条件：J(u,s)=u^THu+s^TQs+(u-u₀)^TM(u-u₀)其中Q>>W>0.约束条件为s.t.Bu=τ+s,-εX_K≤Yx-Y_K,0≤εX_K  ifX_K>0-∞<s<+∞.3）推进器的正向扇形推力区域近似看成无限多个小扇形组成，推力区域再分子域，在每一个子域里寻找解；4）应用上述的推力分配控制策略，比较哪一种情况其目标函数最小，即为推力分配的最优方案，求出桨舵组合和侧推的扩展推力。