[发明专利]基于智能自学习PI的动力定位船推进系统同步控制方法

说明书

本发明公开了基于智能自学习PI的动力定位船推进系统同步控制方法，用于解决各推进电机之间存在复杂耦合关系导致建模困难以及复杂海况下推进电机抗扰能力差的问题。其步骤主要包括：建立船‑桨‑机数学模型；通过引入虚拟推进电机环节改进交叉耦合控制，解决各电机之间的复杂耦合问题；利用紧格式动态线性化方法将虚拟推进电机系统模型和推进电机系统模型转换成数据模型，并利用推进电机系统的输入输出数据进行控制器的设计，减小受控系统对精确数学模型的依赖，降低建模难度；考虑多推进电机转速一致，同时利用等价反馈原理在控制器中加入误差反馈项，设计具有强鲁棒性的基于智能自学习PI的动力定位船推进系统同步控制方法，提高动力定位推进系统的抗扰能力。

技术领域

本发明属于船舶电力推进器控制技术领域，具体的说，涉及一种基于智能自学习PI的动力定位船推进系统同步控制矢量控制方法。

背景技术

作为海上石油开发及海上作业系统中关键技术的动力定位系统成为国内外的研究热点。动力定位系统指海上作业的船舶或平台根据海况及给定位置参照信息，不借助系泊系统而依靠海洋结构物自身推进系统来抵抗风、浪以及海流等干扰，使船舶或平台准确处于期望位置。目前，海洋工程平台的动力定位系统研究已经受到国内外学者的广泛关注，但对于船舶动力定位中多电机同步控制研究鲜有报道。这里的多电机同步工作主要指的是船舶或工程平台接收到移动命令后各电机能够同步运行，且单个电机在遭遇扰动后能够及时进行调整，跟踪推进电机期望转速，最后使得推进电机之间保持同步，保证船舶、工程平台系统正常运行。

当前存在的船舶海洋技术领域的动力定位技术设备控制以及现代推进技术控制方法中，对于多电机控制虽然考虑了利用反馈机制对各个推进器进行调节，但是很少考虑到的多个推进器之间相互影响以及相互配合的问题。广域海况下海洋环境变化大，在恶劣海况下，海风、海浪以及海流等环境因素扰动将对船舶和工程平台的控制产生极大影响，这将导致工程平台本体的水动力特性更加复杂，并加大工程平台各自由度之间的强耦合特性；此外，作为系统执行机构的推进器本身是典型的复杂非线性系统，这些问题使得多个推进电机之间速度同步控制变得异常困难。赵英序等虽然提出了基于PI控制的双推进器同步控制方法，但是难以扩展到更多推进电机的船舶以及工程平台控制上来，同时，传统的推进电机PI控制方法对扰动信号十分敏感。因此，研究一种新的船舶动力定位中多电机同步控制方法，解决动力定位系统中各推进电机之间存在复杂耦合关系导致建模困难以及复杂海况下推进电机抗扰能力差的问题是非常迫切的。

发明内容

本发明针对动力定位系统中各推进电机之间存在复杂耦合关系导致建模困难以及复杂海况下推进电机抗扰能力差的问题，提供了一种新式交叉耦合结构的基于智能自学习PI的动力定位船推进系统同步控制方法。区别于传统推进电机的建模方法，该算法利用紧格式动态线性化方法建立系统的数据模型，有效降低了建模难度；引入了虚拟推进电机环节，利用虚拟电机与所有电机的转速差对虚拟推进电机进行转速补偿，减小了各推进电机之间的耦合，转速同步补偿器设计更为简单。最后通过仿真验证，与传统的PI控制相比较，本文提出的船舶动力定位推进系统的基于智能自学习PI的动力定位船推进系统同步控制方法能够较好的抑制转矩脉动，当螺旋桨负载突变时，船舶动力定位推进系统表现出较强的鲁棒性。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下设计方案：

1.一种基于智能自学习PI的动力定位船推进系统同步控制方法主要由两部分组成，建立虚拟推进电机控制算法和推进电机控制算法，其特征在于：所述方法包含以下步骤：

(1)根据多电机同步控制系统的特点建立船-桨-机各部分相互作用模型，该模型主要包括以下部分：

P＝K_PρD⁴n²

T_L＝K_LρD⁵n²