[发明专利]一种船舶推力分配系统及推力分配方法

权利要求书

1.一种船舶推力分配系统，其特征在于，包括参数设置模块、限制因素选择模块、数学模型建立模块、优化算法选择模块、分配方案生成模块、数据存储模块以及仿真模拟模块；

所述参数设置模块用于设置推进器的布局及推进器的参数；

所述限制因素选择模块用于为推力分配数学模型选择限制因素；

所述数学模型建立模块用于根据所述推进器的布局、所述推进器的参数以及所述限制因素来建立推力分配数学模型；

所述优化算法选择模块用于根据需求选择不同的优化算法；

所述分配方案生成模块用于根据所述推力分配数学模型与所述优化算法，生成推力分配方案；

所述数据存储模块用于存储所述推力分配方案；

所述仿真模拟模块用于按照所述推力分配方案进行仿真测试。

2.如权利要求1所述的一种船舶推力分配系统，其特征在于，所述推进器的布局包括推进器的类型、个数与位置坐标；所述推进器的参数包括各推进器的推力范围、转向角范围、转向速率范围与推力变化速率范围。

3.如权利要求1所述的一种船舶推力分配系统，其特征在于，所述限制因素包括能源消耗项、分配误差最小项、推进器磨损最小项、避免推进器配置矩阵奇异项以及避免推力器达到推力峰值项。

4.如权利要求3所述的一种船舶推力分配系统，其特征在于，

所述能源消耗项为

其中K_Q为力矩系数，K_T为推力系数，D为螺旋桨直径，ρ为海水密度；

且T_i推力的计算公式如下：

其中，T_i(i＝1…n)为第i个推进器的推力值，l_i(i＝1…n)为第i个推进器与力矩中心的距离，α_i(i＝1…n)为第i个推力器的方位角，F_x,F_y,N_Z分别为沿船长方向的期望推力、沿船宽方向的期望推力及以垂直于甲板方向的垂直轴为旋转中心的艏摇力矩；

所述分配误差最小项为J_s＝s^TQs，s＝[s_X,s_Y,s_Z]^T∈R³为误差量，S_X,S_Y,S_Z分别为纵荡方向的分配误差，横荡方向的分配误差和艏摇力矩的分配误差，Q∈R^3×3为权值矩阵；

所述推进器磨损最小项为J_w＝(α_i-α_i0)^TΩ(α_i-α_i0)，其中Ω＝diag(w₁,w₂,…w_n)为各个角度变化量惩罚项权值，α_i0表示第i个推进器上一时刻的采样点值；

所述避免推进器配置矩阵奇异项为其中δ为该项的权值，ε为极小正值,B(α_i)为推进器配置矩阵，B^T(α_i)为推进器配置矩阵的转置矩阵；

所述避免推力器达到推力峰值项为J_T＝βmax|T_i|，其中β为该项的权值。

5.如权利要求4所述的一种船舶推力分配方法，其特征在于，所述推力分配数学模型为：

J＝a₁P_d+a₂J_s+a₃J_w+a₄J_n+a₅J_T，

其中，a_i＝0或1(i＝1…5)，当选择了第i个限制因素时，则前面的系数a_i＝1，当没有选择第i个限制因素时，则前面的系数a_i＝0。