一種耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法。本發(fā)明屬于船舶動力定位【技術領域】。一種耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法，包括以下具體步驟：1.推力計算：動力定位系統(tǒng)進行推力計算和推力分配；2.確定功率管理模式：耙吸挖泥船扇形艏噴時，功率管理系統(tǒng)提供二種工作模式，第一種管理模式為正常疏浚模式，適合于耙吸挖泥、吹填作業(yè)；第二種管理模式適合于單臺泥泵疏浚作業(yè)、拋泥及單泵/降功率雙泵吹填作業(yè)；3.耙吸挖泥船扇形艏噴定位流程：艏噴開始后，在自動動態(tài)定位模式下，船舶在設定的擺動角度內作扇形艏噴，直到全船艏噴拋泥結束。本發(fā)明具有操作方便，控制準確，能極大地提高耙吸挖泥船艏噴拋泥的質量和效率等優(yōu)點。
【專利說明】一種耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于船舶動力定位【技術領域】，特別是涉及一種耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法。
【背景技術】
[0002]目前，耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制是耙吸挖泥船疏浚作業(yè)的重要模式之一，通過動力定位系統(tǒng)的自動控制能極大提高耙吸挖泥船艏噴拋泥的質量和效率，它將涉及耙吸挖泥船的推力分配、艏噴后推力模型、功率管理模式和艏噴定位控制流程等問題。
[0003]作為特殊的工程船舶一IE吸挖泥船艏噴卸泥作業(yè)時，需要耙吸挖泥船作扇形艏噴定位控制，現(xiàn)有的定位控制方法復雜，控制不準確，常常造成艏噴的泥漿堆積成山，存在操作不便，嚴重影響施工效率和生產安全等技術問題。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法。
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種具有操作方便，控制準確，能極大提高耙吸挖泥船艏噴拋泥的質量和效率等特點的耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法。
[0006]本發(fā)明作為特殊的工程船舶一f巴吸挖泥船艏噴卸泥作業(yè)時，需要耙吸挖泥船作扇形艏噴定位控制，動力定位系統(tǒng)按照一定弧形范圍(起始艏向角)和轉向速度自動控制船舶艏向，將泥漿均勻噴射到指定位置，提高作業(yè)質量和效率。這種疏浚作業(yè)模式的主要特點是:船舶工作于動力定位狀態(tài)(DP模式)，通過功率管理系統(tǒng)的功率分配，在推進器和舵的聯(lián)合作用下進行船舶艏向控制，形成船舶的扇形擺動，達到均勻拋泥的目的。在扇形艏噴拋泥時，將考慮彩虹噴的后推力，這個力與艏噴泥漿的流速和密度相關聯(lián)。
[0007]本發(fā)明耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法所采取的技術方案是:
[0008]一種耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法，其特點是:挖泥船扇形艏噴定位控制方法包括以下具體步驟:
[0009]I)推力計算
[0010]動力定位系統(tǒng)進行推力計算和推力分配，通過分配邏輯來控制推進器、舵產生相應的力和力矩，以抗衡作用于船舶的外界干擾力和干擾力矩，使船舶保持航行或定位且滿足艏向、航速、航跡及精度要求；
[0011]2)確定功率管理模式
[0012]耙吸挖泥船扇形艏噴時，功率管理系統(tǒng)應提供二種工作模式，第一種管理模式為正常疏浚模式，適合于耙吸挖泥、吹填作業(yè)；管理管理系統(tǒng)需要向左/右泥泵變頻器供電，并對每臺主機、軸發(fā)、主變壓器進行功率管理；第二種管理模式適合于單臺泥泵疏浚作業(yè)、拋泥及單泵/降功率雙泵吹填作業(yè)；管理管理系統(tǒng)需要向左/右泥泵變頻器供電，并對每臺主機、軸發(fā)、主變壓器進行功率管理；[0013]3)耙吸挖泥船扇形艏噴定位流程
[0014](I)把船只帶到靠近預期位置停頓下來，選擇最佳船艏向作為船艏向設置點，并選擇自動動態(tài)定位；
[0015](2)扇形艏噴時，首先選擇船舶旋轉中心、擺動角度、扇形艏噴定位點間距，并進行轉動中心點的標記；
[0016](3)進行功率管理的模式選擇，保證扇形艏噴期間，主機功率主要用于泵送艏噴，并提供可用于保持船艏向和船位的最小功率；
[0017](4)根據(jù)作業(yè)區(qū)域風、浪、流的海況條件，計算在動態(tài)定位狀態(tài)下船舶的位控能力，選擇船舶艏噴的初始船位和船艏向，保證船舶作橫向擺動時，船舶只需要最小的保持力，主發(fā)動機將承帶最小的負荷以用于扇形艏噴；
[0018](5)顯示動態(tài)定位控制參數(shù)；
[0019](6)艏噴開始后，在自動動態(tài)定位模式下，船舶在設定的擺動角度內作扇形艏噴，一個擺動周期結束，船舶向前移動一個扇形艏噴定位點間距，完成下一個扇形擺動，直到全船艏噴拋泥結束。
[0020]本發(fā)明耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法還可以采用如下技術方案:
[0021]所述的耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法，其特點是:推力分配設計分為兩部分:(I)建立合適的優(yōu)化目標函數(shù)及約束條件，尋找對應的優(yōu)化算法，在考慮推進器物理條件、動態(tài)推力區(qū)域、避免奇異結構前提下，以滿足船舶定位、艏向、能耗最優(yōu)要求；(2)考慮船舶與船體之間和推進器之間的水動力干擾影響。
[0022]所述的耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法，其特點是:顯示動態(tài)定位控制參數(shù)包括:旋轉點到擺動過程中動態(tài)定位點的交叉距離，艏噴后推力和功率管理模式，艏側向對地航速，并通過箭頭表示左舷或右舷方向，獲得最佳船艏向的允許搜索的扇形區(qū)域，轉動中心點和動態(tài)定位點之間的距離基準，轉動中心點的對地航速、航跡的歷史位置路徑，艏側向推進器的推力大小、方向和相對轉速，艉推進器的推力大小、方向和相對轉速。
[0023]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:
[0024]耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法由于采用了本發(fā)明全新的技術方案，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有操作方便，控制準確，能極大地提高耙吸挖泥船艏噴拋泥的質量和效率等優(yōu)點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明挖泥船坐標系及其推進器一般布置結構示意圖；
[0026]圖2是螺旋槳和舵推力組合產生的推力區(qū)域圖(X是縱蕩力，Y是橫蕩力)；
[0027]圖3是耙吸挖泥船艏噴扇形擺動流程示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為能進一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0029]參閱附圖1、圖2和圖3。
[0030]實施例1[0031]一種耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法，包括以下具體步驟:
[0032]I)推力計算
[0033]動力定位系統(tǒng)進行推力計算和推力分配，通過分配邏輯來控制推進器、舵產生相應的力和力矩，以抗衡作用于船舶的外界干擾力和干擾力矩，使船舶保持航行或定位且滿足艏向、航速、航跡及精度要求；
[0034]2)確定功率管理模式
[0035]耙吸挖泥船扇形艏噴時，功率管理系統(tǒng)應提供二種工作模式，第一種管理模式為正常疏浚模式，適合于耙吸挖泥、吹填作業(yè)；管理管理系統(tǒng)需要向左/右泥泵變頻器供電，并對每臺主機、軸發(fā)、主變壓器進行功率管理；第二種管理模式適合于單臺泥泵疏浚作業(yè)、拋泥及單泵/降功率雙泵吹填作業(yè)；管理管理系統(tǒng)需要向左/右泥泵變頻器供電，并對每臺主機、軸發(fā)、主變壓器進行功率管理；
[0036]3)耙吸挖泥船扇形艏噴定位流程
[0037](I)把船只帶到靠近預期位置停頓下來，選擇最佳船艏向作為船艏向設置點，并選擇自動動態(tài)定位；
[0038](2)扇形艏噴時，首先選擇船舶旋轉中心、擺動角度、扇形艏噴定位點間距，并進行轉動中心點的標記；
[0039](3)進行功率管理的模式選擇，保證扇形艏噴期間，主機功率主要用于泵送艏噴，并提供可用于保持船艏向和船位的最小功率；
[0040](4)根據(jù)作業(yè)區(qū)域風、浪、流的海況條件，計算在動態(tài)定位狀態(tài)下船舶的位控能力，選擇船舶艏噴的初始船位和船艏向，保證船舶作橫向擺動時，船舶只需要最小的保持力，主發(fā)動機將承帶最小的負荷以用于扇形艏噴；
[0041](5)顯示動態(tài)定位控制參數(shù)；
[0042](6)艏噴開始后，在自動動態(tài)定位模式下，船舶在設定的擺動角度內作扇形艏噴，一個擺動周期結束，船舶向前移動一個扇形艏噴定位點間距，完成下一個扇形擺動，直到全船艏噴拋泥結束。
[0043]本實施例的具體定位控制方法及其實施過程詳述如下:
[0044]1、推力計算
[0045]推力分配是動力定位系統(tǒng)的一個重要組成部分，它的主要任務是通過某種分配邏輯來控制推進器、舵產生相應的力和力矩，以抗衡作用于船舶的外界干擾力和干擾力矩，使船舶保持航行或定位且滿足艏向、航速、航跡及精度等要求。推力分配策略設計分為兩大部分:(1)建立合適的優(yōu)化目標函數(shù)及約束條件，尋找對應的優(yōu)化算法，在考慮推進器物理條件、動態(tài)推力區(qū)域、避免奇異結構等前提下，以滿足船舶定位、艏向、能耗最優(yōu)等要求。(2)考慮船舶與船體之間和推進器之間的水動力干擾問題。
[0046]在耙吸挖泥船扇形艏噴定位時，航速很低，船舶運動只考慮縱蕩、橫蕩和首搖運動，可以采用3自由度模型來描述，耙吸挖泥船推進器的典型配置包括螺旋槳、隧道式推進器和舵等。
[0047]假設一艘船舶共有P個推進器，Pr為可變方向推進器個數(shù)，Pf為固定方向推進器個數(shù)，改變推力和力矩的控制變量個數(shù)n=2pr+pf。作用于船體的廣義力和力矩可設定為τ =[Χ, Y, Ν]Τ。第k個推進器裝置位于船舶旋轉中心坐標系的位置rk=[Lk，x，Lk，y]T，該推進器產生的推力為Tk，夾角為dk。固定方向推進器的CIk是常數(shù)，可變方向推進器的CIk可以改變。如圖1所示。
[0048]則，第k個推進器提供了以下作用在船只上的廣義力和力矩:
[0049]Xk=TkCos a k(I)
[0050]Yk=TkSin a k (2)
[0051]Nk=TkLkCos a k (3)
[0052]其中Ik=Ltii.sin a k-Lk；y.cos a k
[0053]力的總和為:τ=Α(α )T (4)
[0054]其中:
【權利要求】
1.一種耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法，其特征是:挖泥船扇形艏噴定位控制方法包括以下具體步驟: 1)推力計算 動力定位系統(tǒng)進行推力計算和推力分配，通過分配邏輯來控制推進器、舵產生相應的力和力矩，以抗衡作用于船舶的外界干擾力和干擾力矩，使船舶保持航行或定位且滿足艏向、航速、航跡及精度要求； 2)確定功率管理模式 耙吸挖泥船扇形艏噴時，功率管理系統(tǒng)提供二種工作模式，第一種管理模式為正常疏浚模式，適合于耙吸挖泥、吹填作業(yè)；管理管理系統(tǒng)需要向左/右泥泵變頻器供電，并對每臺主機、軸發(fā)、主變壓器進行功率管理；第二種管理模式適合于單臺泥泵疏浚作業(yè)、拋泥及單泵/降功率雙泵吹填作業(yè)；管理管理系統(tǒng)需要向左/右泥泵變頻器供電，并對每臺主機、軸發(fā)、主變壓器進行功率管理； 3)耙吸挖泥船扇形艏噴定位流程 (1)把船只帶到靠近預期位置停頓下來，選擇最佳船艏向作為船艏向設置點，并選擇自動動態(tài)定位； (2)扇形艏噴時，首先選擇船舶旋轉中心、擺動角度、扇形艏噴定位點間距，并進行轉動中心點的標記； (3)進行功率管理的模式選擇，保證扇形艏噴期間，主機功率主要用于泵送艏噴，并提供可用于保持船艏向和船位的最小功率； (4)根據(jù)作業(yè)區(qū)域風、浪、流的海況條件，計算在動態(tài)定位狀態(tài)下船舶的位控能力，選擇船舶艏噴的初始船位和船艏向，保證船舶作橫向擺動時，船舶只需要最小的保持力，主發(fā)動機將承帶最小的負荷以用于扇形艏噴； (5)顯示動態(tài)定位控制參數(shù)； (6)艏噴開始后，在自動動態(tài)定位模式下，船舶在設定的擺動角度內作扇形艏噴，一個擺動周期結束，船舶向前移動一個扇形艏噴定位點間距，完成下一個扇形擺動，直到全船艏噴拋泥結束。
2.根據(jù)權利要求1所述的耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法，其特征是:推力分配設計分為兩部分:(1)建立合適的優(yōu)化目標函數(shù)及約束條件，尋找對應的優(yōu)化算法，在考慮推進器物理條件、動態(tài)推力區(qū)域、避免奇異結構前提下，以滿足船舶定位、艏向、能耗最優(yōu)要求；(2)考慮船舶與船體之間和推進器之間的水動力干擾影響。
3.根據(jù)權利要求1所述的耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法，其特征是:顯示動態(tài)定位控制參數(shù)包括:旋轉點到擺動過程中動態(tài)定位點的交叉距離，艏噴后推力和功率管理模式，艏側向對地航速，并通過箭頭表示左舷或右舷方向，獲得最佳船艏向的允許搜索的扇形區(qū)域，轉動中心點和動態(tài)定位點之間的距離基準，轉動中心點的對地航速、航跡的歷史位置路徑,艏側向推進器的推力大小、方向和相對轉速，艉推進器的推力大小、方向和相對轉速。
【文檔編號】G05D1/02GK103552680SQ201310561985
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權日:2013年11月12日
【發(fā)明者】顧明, 丁樹友, 田俊峰, 袁偉, 俞孟蕻, 李軍, 戴群, 王健, 劉長云, 楊立楠 申請人:中交天津航道局有限公司, 中國交通建設股份有限公司, 江蘇科技大學, 鎮(zhèn)江市億華系統(tǒng)集成有限公司