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(dòng)力定位【技術(shù)領(lǐng)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(jì)算：動(dòng)力定位系統(tǒng)進(jìn)行推力計(jì)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(shí)，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(tái)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(dòng)動(dòng)態(tài)定位模式下，船舶在設(shè)定的擺動(dòng)角度內(nèi)作扇形艏噴，直到全船艏噴拋泥結(jié)束。本發(fā)明具有操作方便，控制準(zhǔn)確，能極大地提高耙吸挖泥船艏噴拋泥的質(zhì)量和效率等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于船舶動(dòng)力定位【技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[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(dòng)力定位系統(tǒng)的自動(dòng)控制能極大提高耙吸挖泥船艏噴拋泥的質(zhì)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(shí)，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(fù)雜，控制不準(zhǔn)確，常常造成艏噴的泥漿堆積成山，存在操作不便，嚴(yán)重影響施工效率和生產(chǎn)安全等技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)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(zhǔn)確，能極大提高耙吸挖泥船艏噴拋泥的質(zhì)量和效率等特點(diǎn)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(shí)，需要耙吸挖泥船作扇形艏噴定位控制，動(dòng)力定位系統(tǒng)按照一定弧形范圍(起始艏向角)和轉(zhuǎn)向速度自動(dòng)控制船舶艏向，將泥漿均勻噴射到指定位置，提高作業(yè)質(zhì)量和效率。這種疏浚作業(yè)模式的主要特點(diǎn)是:船舶工作于動(dòng)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(jìn)器和舵的聯(lián)合作用下進(jìn)行船舶艏向控制，形成船舶的扇形擺動(dòng)，達(dá)到均勻拋泥的目的。在扇形艏噴拋泥時(shí)，將考慮彩虹噴的后推力，這個(gè)力與艏噴泥漿的流速和密度相關(guān)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(shù)方案是:
[0008]一種耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法，其特點(diǎn)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(jì)算
[0010]動(dòng)力定位系統(tǒng)進(jìn)行推力計(jì)算和推力分配，通過分配邏輯來控制推進(jìn)器、舵產(chǎn)生相應(yīng)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(shí)，功率管理系統(tǒng)應(yīng)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(duì)每臺(tái)主機(jī)、軸發(fā)、主變壓器進(jìn)行功率管理；第二種管理模式適合于單臺(tái)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(duì)每臺(tái)主機(jī)、軸發(fā)、主變壓器進(jìn)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(yù)期位置停頓下來，選擇最佳船艏向作為船艏向設(shè)置點(diǎn)，并選擇自動(dòng)動(dòng)態(tài)定位；
[0015](2)扇形艏噴時(shí)，首先選擇船舶旋轉(zhuǎn)中心、擺動(dòng)角度、扇形艏噴定位點(diǎn)間距，并進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)的標(biāo)記；
[0016](3)進(jìn)行功率管理的模式選擇，保證扇形艏噴期間，主機(jī)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(fēng)、浪、流的海況條件，計(jì)算在動(dòng)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(dòng)時(shí)，船舶只需要最小的保持力，主發(fā)動(dòng)機(jī)將承帶最小的負(fù)荷以用于扇形艏噴；
[0018](5)顯示動(dòng)態(tài)定位控制參數(shù)；
[0019](6)艏噴開始后，在自動(dòng)動(dòng)態(tài)定位模式下，船舶在設(shè)定的擺動(dòng)角度內(nèi)作扇形艏噴，一個(gè)擺動(dòng)周期結(jié)束，船舶向前移動(dòng)一個(gè)扇形艏噴定位點(diǎn)間距，完成下一個(gè)扇形擺動(dòng)，直到全船艏噴拋泥結(jié)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(shù)方案:
[0021]所述的耙吸挖泥船扇形艏噴定位控制方法，其特點(diǎn)是:推力分配設(shè)計(jì)分為兩部分:(I)建立合適的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及約束條件，尋找對(duì)應(yīng)的優(yōu)化算法，在考慮推進(jìn)器物理?xiàng)l件、動(dòng)態(tài)推力區(qū)域、避免奇異結(jié)構(gòu)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(jìn)器之間的水動(dòng)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(diǎn)是:顯示動(dòng)態(tài)定位控制參數(shù)包括:旋轉(zhuǎn)點(diǎn)到擺動(dòng)過程中動(dòng)態(tài)定位點(diǎn)的交叉距離，艏噴后推力和功率管理模式，艏側(cè)向?qū)Φ睾剿伲⑼ㄟ^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(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)和動(dòng)態(tài)定位點(diǎn)之間的距離基準(zhǔn)，轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)的對(duì)地航速、航跡的歷史位置路徑，艏側(cè)向推進(jìn)器的推力大小、方向和相對(duì)轉(zhuǎn)速，艉推進(jìn)器的推力大小、方向和相對(duì)轉(zhuǎn)速。
[0023]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)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(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有操作方便，控制準(zhǔn)確，能極大地提高耙吸挖泥船艏噴拋泥的質(zhì)量和效率等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明挖泥船坐標(biāo)系及其推進(jìn)器一般布置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是螺旋槳和舵推力組合產(chǎn)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(dòng)流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0029]參閱附圖1、圖2和圖3。
[0030]實(shí)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(jì)算
[0033]動(dòng)力定位系統(tǒng)進(jìn)行推力計(jì)算和推力分配，通過分配邏輯來控制推進(jìn)器、舵產(chǎn)生相應(yīng)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(shí)，功率管理系統(tǒng)應(yīng)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(duì)每臺(tái)主機(jī)、軸發(fā)、主變壓器進(jìn)行功率管理；第二種管理模式適合于單臺(tái)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(duì)每臺(tái)主機(jī)、軸發(fā)、主變壓器進(jìn)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(yù)期位置停頓下來，選擇最佳船艏向作為船艏向設(shè)置點(diǎn)，并選擇自動(dòng)動(dòng)態(tài)定位；
[0038](2)扇形艏噴時(shí)，首先選擇船舶旋轉(zhuǎn)中心、擺動(dòng)角度、扇形艏噴定位點(diǎn)間距，并進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)的標(biāo)記；
[0039](3)進(jìn)行功率管理的模式選擇，保證扇形艏噴期間，主機(jī)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(fēng)、浪、流的海況條件，計(jì)算在動(dòng)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(dòng)時(shí)，船舶只需要最小的保持力，主發(fā)動(dòng)機(jī)將承帶最小的負(fù)荷以用于扇形艏噴；
[0041](5)顯示動(dòng)態(tài)定位控制參數(shù)；
[0042](6)艏噴開始后，在自動(dòng)動(dòng)態(tài)定位模式下，船舶在設(shè)定的擺動(dòng)角度內(nèi)作扇形艏噴，一個(gè)擺動(dòng)周期結(jié)束，船舶向前移動(dòng)一個(gè)扇形艏噴定位點(diǎn)間距，完成下一個(gè)扇形擺動(dòng)，直到全船艏噴拋泥結(jié)束。
[0043]本實(shí)施例的具體定位控制方法及其實(shí)施過程詳述如下:
[0044]1、推力計(jì)算
[0045]推力分配是動(dòng)力定位系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它的主要任務(wù)是通過某種分配邏輯來控制推進(jìn)器、舵產(chǎn)生相應(yīng)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(shè)計(jì)分為兩大部分:(1)建立合適的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及約束條件，尋找對(duì)應(yīng)的優(yōu)化算法，在考慮推進(jìn)器物理?xiàng)l件、動(dòng)態(tài)推力區(qū)域、避免奇異結(jié)構(gòu)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(jìn)器之間的水動(dòng)力干擾問題。
[0046]在耙吸挖泥船扇形艏噴定位時(shí)，航速很低，船舶運(yùn)動(dòng)只考慮縱蕩、橫蕩和首搖運(yùn)動(dòng)，可以采用3自由度模型來描述，耙吸挖泥船推進(jìn)器的典型配置包括螺旋槳、隧道式推進(jìn)器和舵等。
[0047]假設(shè)一艘船舶共有P個(gè)推進(jìn)器，Pr為可變方向推進(jìn)器個(gè)數(shù)，Pf為固定方向推進(jìn)器個(gè)數(shù)，改變推力和力矩的控制變量個(gè)數(shù)n=2pr+pf。作用于船體的廣義力和力矩可設(shè)定為τ =[Χ, Y, Ν]Τ。第k個(gè)推進(jìn)器裝置位于船舶旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)系的位置rk=[Lk，x，Lk，y]T，該推進(jìn)器產(chǎn)生的推力為Tk，夾角為dk。固定方向推進(jìn)器的CIk是常數(shù)，可變方向推進(jìn)器的CIk可以改變。如圖1所示。
[0048]則，第k個(gè)推進(jìn)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(quán)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(jì)算 動(dòng)力定位系統(tǒng)進(jìn)行推力計(jì)算和推力分配，通過分配邏輯來控制推進(jìn)器、舵產(chǎn)生相應(yīng)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(shí)，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(duì)每臺(tái)主機(jī)、軸發(fā)、主變壓器進(jìn)行功率管理；第二種管理模式適合于單臺(tái)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(duì)每臺(tái)主機(jī)、軸發(fā)、主變壓器進(jìn)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(yù)期位置停頓下來，選擇最佳船艏向作為船艏向設(shè)置點(diǎn)，并選擇自動(dòng)動(dòng)態(tài)定位； (2)扇形艏噴時(shí)，首先選擇船舶旋轉(zhuǎn)中心、擺動(dòng)角度、扇形艏噴定位點(diǎn)間距，并進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)的標(biāo)記； (3)進(jìn)行功率管理的模式選擇，保證扇形艏噴期間，主機(jī)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(fēng)、浪、流的海況條件，計(jì)算在動(dòng)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(dòng)時(shí)，船舶只需要最小的保持力，主發(fā)動(dòng)機(jī)將承帶最小的負(fù)荷以用于扇形艏噴； (5)顯示動(dòng)態(tài)定位控制參數(shù)； (6)艏噴開始后，在自動(dòng)動(dòng)態(tài)定位模式下，船舶在設(shè)定的擺動(dòng)角度內(nèi)作扇形艏噴，一個(gè)擺動(dòng)周期結(jié)束，船舶向前移動(dòng)一個(gè)扇形艏噴定位點(diǎn)間距，完成下一個(gè)扇形擺動(dòng)，直到全船艏噴拋泥結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)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(shè)計(jì)分為兩部分:(1)建立合適的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及約束條件，尋找對(duì)應(yīng)的優(yōu)化算法，在考慮推進(jìn)器物理?xiàng)l件、動(dòng)態(tài)推力區(qū)域、避免奇異結(jié)構(gòu)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(jìn)器之間的水動(dòng)力干擾影響。
3.根據(jù)權(quán)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(dòng)態(tài)定位控制參數(shù)包括:旋轉(zhuǎn)點(diǎn)到擺動(dòng)過程中動(dòng)態(tài)定位點(diǎn)的交叉距離，艏噴后推力和功率管理模式，艏側(cè)向?qū)Φ睾剿伲⑼ㄟ^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(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)和動(dòng)態(tài)定位點(diǎn)之間的距離基準(zhǔn)，轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)的對(duì)地航速、航跡的歷史位置路徑,艏側(cè)向推進(jìn)器的推力大小、方向和相對(duì)轉(zhuǎn)速，艉推進(jìn)器的推力大小、方向和相對(duì)轉(zhuǎn)速。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK103552680SQ201310561985
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:中交天津航道局有限公司, 中國交通建設(shè)股份有限公司, 江蘇科技大學(xué), 鎮(zhèn)江市億華系統(tǒng)集成有限公司