一种动力定位船自动定点混合控制模式的导引方法与流程

技术特征：
1.一种动力定位船自动定点混合控制模式的导引方法，其特征是，包括如下步骤：步骤一，根据半潜船的各项参数信息，确定半潜船动力学方程：式中：h
xt
、h
yt
、h
nt
——作用在船体上力和力矩；x
g
——船舶重心在x轴方向上的位置坐标；步骤二，由公式(1)可以得到船舶的加速度及角加速度，积分可以求得船舶速度，控制器接收反馈信号，并由运动学方程计算固定坐标系下船舶速度，方程如下：步骤三，由公式(2)可以得到固定坐标系下在三自由度方向上的船舶速度，积分可以求得船舶在固定坐标系中的位置并向控制器反馈；步骤四，由船舶期望位置和船舶实时位姿，求出导引点坐标(n
los
,e
los
)；为了计算出未知los点的坐标p
los
＝(n
los
,e
los
)，必须满足下面两式：(n
los
‑
n
t
)2 (e
los
‑
e
t
)2＝r2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中：r——导引半径；另：e＝n
k
，f＝e
k
；定义下式：a＝1 d2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)b＝2(dg
‑
de
t
‑
n
t
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)1)δn＞0e
los
＝d(n
los
‑
n
k
) e
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)当δe＝0时，e
los
＝e
k
＝e
k 1
；2)δn＜0
e
los
＝d(n
los
‑
n
k
) e
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)当δe＝0时，e
los
＝e
k
＝e
k 1
；3)δn＝0当δe＝0时，e
los
＝n
k
＝n
k 1
；
①
对于δe＞0
②
对于δe＜0导引律为joystick auto sway&yaw模式导引律，设计方式如下：由auto position和joystick模式转入此模式：按下auto sway按钮和auto surge按钮后，指示灯开始闪烁，当速度比限定速度小时，auto sway按钮和auto surge按钮状态为常亮，对当前的位置和航向(n0,e0,ψ0)进行记录，此时auto sway和auto surge方向运动受限制，操纵joystick控制船舶围绕控制点做旋转运动；(n
t
,e
t
,ψ
t
)代表船舶当前位置，(n
d
,e
d
,ψ
d
)代表船舶的期望位置和航向；l
d
代表期望的导引路径，l
v
代表与期望路径垂直的路径，l
d
与l
v
相交点为d，代表船舶期望导引位置；船舶的期望航向可用下式表示：ψ
d
＝ψ
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)与上述情况类似，导引路径为：e
d
＝e0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)n
d
＝n0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)此种情况下的导引律由(14)、(15)和(16)组成；步骤五，pid控制的原理表达式如下：式中：k
p
,k
i
,k
d
——各环节增益系数；k
p
——有差调节；k
i
——静差调节；k
d
——偏差变化率，由公式(17)进行三自由度方向上运动控制器的构建，操纵手柄能够通过对应不同的速度环来控制船舶三个自由度的速度；动力定位系统运动控制器由速度内环控制和位置外环控制来控制船舶运动。

技术总结
本发明提供一种动力定位船自动定点混合控制模式的导引方法，混合控制器中速度反馈环的加入，混合控制器能够根据期望位置和LOS导引点得出期望视向点，并得出期望视向点与当前位置的差值，动力定位系统能够输入艏向、纵向和横向方向上的控制命令，根据导引算法可以求出固定坐标系中的期望导引点，经由转换公式计算，求得船体坐标系下的期望船舶位姿，传递至运动控制器来进行控制。本发明方法能够控制船舶位姿，并且能够用操作手柄进行船舶运动的控制，本发明所设计的控制器能够操纵Joystick控制船舶围绕控制点做旋转运动，符合Joystick Auto Surge&Sway模式的要求。Surge&Sway模式的要求。Surge&Sway模式的要求。


技术研发人员：袁利毫 王远明 李桐 陆枭潇 李新飞 昝英飞 金忠宇 尹蒙
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2021.07.08
技术公布日：2021/11/9