[发明专利]船舶动力定位系统及其风力前馈控制方法和装置

说明书

本发明涉及一种船舶动力定位系统及其风力前馈控制方法和装置，其中，该风力前馈控制方法包括以下步骤：通过激光雷达检测船舶航行方向的前方风速信息；根据所述激光雷达检测到的前方风速信息和当前船舶的航行参数计算相遇点位置；基于风速演化模型，对所述相遇点位置的风速进行预测，以获得预测风速；根据所述预测风速对所述船舶动力定位系统进行风力前馈控制。本发明能够准确有效地测量船舶前方风速，并利用风速演化模型进行风速预测，有效地避免滞后效应，提高了风力前馈控制的精度，提高了船舶动力定位系统的控制性能。

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种船舶动力定位系统的风力前馈控制方法、一种船舶动力定位系统的风力前馈控制装置以及一种船舶动力定位系统。

背景技术

船舶在海面上航行时，海洋环境载荷会对船舶产生很大的影响。其中，风载荷是海洋环境载荷中的重要组成部分。因此，风载荷在船舶动力定位系统的研究和设计中是必须考虑的因素。在进行船舶动力定位能力分析之前，需要得到船舶的风载荷信息，以便计算风载荷的大小，从而风载荷的准确估计在船舶动力定位系统的应用中具有重要的意义。

目前，风力前馈控制技术逐渐应用于船舶动力定位系统，并成为动力定位标准配置的前馈控制手段。通常，动力定位船舶上装备有风速计和风向仪，在已知风力系数的情况下，通过测量得到的风速和风向信息，可以估计出当前作用在船舶结构物上的风载荷大小，并直接在推力系统中发出相反的力与之抵消，这就是风速前馈控制技术。

然而，现有动力定位船舶是通过风传感器得到即时作用在海洋结构物上的风载荷信息，并使船舶动力定位系统可以直接对其进行补偿，而船舶动力定位系统的控制和执行机构的工作需要时间响应，导致延迟，这样风力到达船舶时间和执行机构开始响应之间存在滞后效应，从而导致风力前馈控制的效果受到影响，进而影响船舶动力定位系统的控制性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种船舶动力定位系统及其风力前馈控制方法和装置，能够准确有效地测量船舶前方风速，并利用风速演化模型进行风速预测，有效地避免滞后效应，提高了风力前馈控制的精度，提高了船舶动力定位系统的控制性能。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种船舶动力定位系统的风力前馈控制方法，包括以下步骤：通过激光雷达检测船舶航行方向的前方风速信息；根据所述激光雷达检测到的前方风速信息和当前船舶的航行参数计算相遇点位置；基于风速演化模型，对所述相遇点位置的风速进行预测，以获得预测风速；根据所述预测风速对所述船舶动力定位系统进行风力前馈控制。

本发明实施例提出的船舶动力定位系统的风力前馈控制方法，通过激光雷达检测船舶航行方向的前方风速信息，实现对船舶前方的风速进行准确测量，并根据激光雷达检测到的前方风速信息和当前船舶的航行参数计算相遇点位置，以及基于风速演化模型对相遇点位置的风速进行预测，以获得相遇点位置的预测风速，大大降低了风速前馈控制时引入的风速误差，最后根据预测风速对船舶动力定位系统进行风力前馈控制，削弱了由于系统的延迟效应对控制效果的影响，提高了风力前馈机制的精度，从而提高了船舶动力定位系统的控制性能。

可选地，根据本发明的一个实施例，所述相遇点位置根据以下公式计算：

其中，U为船舶的当前航速，U_wa为所述激光雷达检测到的前方风速，T_a为所述激光雷达的测量时刻，T_b为所述船舶动力定位系统执行控制指令的时刻，L_w为激光雷达测量的风速位置与船舶的当前位置之间的距离，L为所述相遇点位置与船舶的当前位置之间的距离。

可选地，根据本发明的一个实施例，所述预测风速根据以下公式计算：