一種動力定位推力系統智能推力分配方法技術方案

本發明專利技術涉及一種動力定位推力系統智能推力分配方法，包括以下步驟：(1)推力系統配置參數輸入；(2)數據準備與存儲；(3)系統對準與優化建模；(4)優化問題求解；(5)推力分配決策輸出。與現有技術相比，本發明專利技術具有實時性好、人機交互友好、人員工作量小、自動化程度高、決策效果好、能實現較好的推力分配等優點。

【技術實現步驟摘要】
一種動力定位推力系統智能推力分配方法
本專利技術涉及一種推力系統的推力分配方法，尤其是涉及一種動力定位推力系統智能推力分配方法。
技術介紹
動力定位系統中，推力分配是指針對定位系統中的多個推進器，在允許的時間里，同時在考慮諸多物理約束的條件下，計算出安裝在平臺上的每個推進器應該在什么方向上產生多大的推力，而且找出可能的多個推力和方向組合中最好的那一種分配，并產生相應的執行指令。目前國內動力定位中推力優化分配方法研究與系統設計的局限性主要體現在如下兩個方面：其一，體現在設計和開發以及維護成本方面。目前國外推力分配開發模式一般是，將推力分配作為動力定位系統的一部分交由企業或研究機構完成，而國內則一般引進國外技術。這種模式的缺點在于：定制周期長，定制成本高，只能適用與具體動力定位對象，設備維護后期系統維護困難，用戶很難根據自己的需求進行推力分配等。其二，體現在推力分配的優化模型建立過程中，由于推進器的約束和靈敏度的限制，傳統的優化建模方法使得推力優化分配區域變成了非凸集(T.A.Johansen，T.I.Fossen，S.P.Berge，Constrainednonlinearcontrolallocationwithsingularityavoidanceusingsequentialquadraticprogramming，IEEETransactiononControlSystemsTechnology，2004，12(1)：211-216.)，采用各種優化算法效果不甚理想，全局最優解的求解困難。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種實時性好、人機交互友好、人員工作量小、自動化程度高、決策效果好、能實現較好的推力分配的動力定位推力系統智能推力分配方法。本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：一種動力定位推力系統智能推力分配方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)推力系統配置參數輸入；(2)數據準備與存儲；(3)系統對準與優化建模；(4)優化問題求解；(5)推力分配決策輸出。所述的推力系統配置參數輸入具體為：11)輸入推力系統中推力設備的個數p；12)對p個推力設備通過窗口方式進行參數設置，參數設置具體包括：①是否可變方向；②設備安裝位置，即船體坐標系下的坐標值，存儲為變量lk，x，lk，y；③產生推力的上限值，存儲為變量Tkmax；④安裝角度，即船體坐標系下的角度值，對于①中參數為“否”的推力設備，需要輸入推力設備產生正推力方向的推力角度值αk；對于①中參數為“是”的推力設備，需要輸入推力設備產生正推力方向的角度范圍，存儲為變量αkmin和αkmax；⑤選擇推力設備靈敏程度，包括高檔、中檔、低檔和自定義，存儲為變量εk；⑥優化參數選擇，包括默認和自定義，存儲為變量Hk，Mk，Qk。所述的數據準備與存儲具體為：21)自行根據參數將①中參數為“是”的推力設備進行編號為1，2，…，pr，將①中參數為“否”的推力設備進行編號為pr+1，…，p，同時將各推力設備變量與編號對應；22)計算并存儲推力系數矩陣B：B=[Br，Bf]其中：其中，23)計算并存儲4k組變量，mki，nki，其中k＝1，2，…，pr，i＝1，2，3，4：Dk={α|αkmin≤α≤αkmax}，k=1，2，…，pr，Dki=Dk∩Fi，mki＝inf{tanα|α∈Dki}，nki=sup{tanα|α∈Dki}；24)計算并存儲組二次規劃變量，每組編號為t，其中將t進行4進制轉換：t=(dprdpr-1…d1)4將4進制的第(j-1)位存儲為dj，其中j＝1，2，…，pr；第t組需計算和存儲的約束變量為：其中：At=[A1，A2，t，A3，t]T，Bt=[b1，0]T，Ct=[0，C3]TA1=[E，-E]T，b1＝[b11，b12]T其中ej表示單位矩陣E的第j列，其中At、Bt、Ct為計算過程的中間變量；25)計算并存儲優化參數若優化參數選項為“默認”，則選擇默認的Hdefault，Mdefault，Qdefault數值賦值給Hk，Mk，Qk；若優化參數選項為“自定義”，則按照推力設備的輸入信息記錄Hk，Mk，Qk。然后存儲如下的優化參數矩陣：所述的系統對準與優化建模具體為：31)獲取推力設備的狀態數據，包括每個推力設備當前的輸出推力TRk(k=1，2，…，p)以及當前時刻推力輸出的方向αRk(k=1，2，…，pr)；32)計算u0并存儲，在系統運行的過程中需要不斷刷新：33)輸入需要的總推力數據τc，其中τc=[Xc，Yc，Nc]T其中Xc，Yc分別為推力系統在進退、橫移方向所需推進力，Nc為艏搖方向所需推進力矩；34)利用給定數據生成個子可行域上的凸二次規劃問題，第t個二次規劃問題的標準形式為：minJt(u，s)＝uTHu+(u-u0)TM(u-u0)+sTQss.t.τc=Bu+sAtu≤Bt+Ctu0其中為松弛變量，表示控制輸出和給定值之間的差值。所述的子可行域上的凸二次規劃的角度約束范圍為0～90°，90°本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種動力定位推力系統智能推力分配方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)推力系統配置參數輸入；(2)數據準備與存儲；(3)系統對準與優化建模；(4)優化問題求解；(5)推力分配決策輸出。

【技術特征摘要】
1.一種動力定位推力系統智能推力分配方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)推力系統配置參數輸入；(2)數據準備與存儲；(3)系統對準與優化建模；(4)優化問題求解；(5)推力分配決策輸出；所述的推力系統配置參數輸入具體為：11)輸入推力系統中推力設備的個數p；12)對p個推力設備通過窗口方式進行參數設置，參數設置具體包括：①是否可變方向；②設備安裝位置，即船體坐標系下的坐標值，存儲為變量③產生推力的上限值，存儲為變量Tkmax；④安裝角度，即船體坐標系下的角度值，對于①中參數為“否”的推力設備，需要輸入推力設備產生正推力方向的推力角度值αk；對于①中參數為“是”的推力設備，需要輸入推力設備產生正推力方向的角度范圍，存儲為變量αkmin和αkmax；⑤選擇推力設備靈敏程度，包括高檔、中檔、低檔和自定義，存儲為變量εk；⑥優化參數選擇，包括默認和自定義，存儲為變量Hk,Mk,Qk；所述的數據準備與存儲具體為：21)自行根據參數將①中參數為“是”的推力設備進行編號為1,2,…,pr，將①中參數為“否”的推力設備進行編號為pr+1,…,p，同時將各推力設備變量與編號對應；22)計算并存儲推力系數矩陣B：B＝[Br,Bf]其中：其中，23)計算并存儲4k組變量，mki,nki，其中k＝1,2,…,pr,i＝1,2,3,4)：Dk＝{α|αkmin≤α≤αkmax},k＝1,2,…,pr，Dki＝Dk∩Fi，mki＝inf{tanα|α∈Dki}，nki＝sup{tanα|α∈Dki}；24)計算并存儲組二次規劃變量，每組編號為t，其中將t進行4進制轉換：t＝(dprdpr-1…d1)4將4進制的第(j-1)位存儲為dj，其中j＝1,2,…,pr)；第t組需計算和存儲的約束變量為：其中：At＝[A1,A2,t,A3,t]T，Bt＝[b1,0]T，Ct＝[0,C3]TA1＝[E,-E]T，b1＝[b11,b12]T其中ej表示單位矩陣E的第j列，其中At、Bt、Ct為計算過程的中間變量；25)計算并存儲優化參數若優化參數選項為“默...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張衛東，趙亞東，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：上海;31