多点系泊定位四点系泊模型控制方法与流程

1.本发明涉及系泊控制技术领域，尤其涉及一种多点系泊定位四点系泊模型控制方法。


背景技术：

2.多点系泊应用于工程船、半潜式海洋平台等定点定位和区域内移泊控制，系泊物大小不同所用的系泊点数不同，一般多为4点～16点。多点系泊控制中，系泊缆相互有影响，每个系泊绞车正/反转驱动系泊缆收紧/放松，各个系泊绞车之间必须相互协调才能实现系泊定位或移泊控制。但系泊控制领域的文献多是系泊特性分析、控制方法的功能性描述，没有明确的详细的系泊控制方法研究，缺少多点系泊之间的数学关系描述；对于需要螺旋桨推进协助多点系泊控制的，还存在控制复杂、不节能的问题，其没有充分发挥多点系泊的控制功能；已有的多点系泊控制文献缺少正解和逆解模型研究，多点系泊之间的协同缺少数学模型分析。因此，本发明研究多点系泊控制的四点系泊模型方法具有重要意义，其能够填补本领域内多点系泊正解-逆解控制技术应用上的空白。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决系泊定位技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提供一种多点系泊定位四点系泊模型控制方法，该方法将多点系泊定位分解为四角对称的多组四点系泊控制，通过多组四点系泊分布式协同控制实现了系泊平台定位的稳定性、快速性和准确性。
4.为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
5.一种多点系泊定位四点系泊模型控制方法，确定系泊平台的工作定位点，以所述工作定位点为中心对称设置四个锚点，所述四个锚点呈长方形，所述系泊平台的四个系泊出缆孔与对应的四个锚点分别连接有系泊缆，所述系泊缆通过系泊绞车调节线缆长度，所述系泊绞车通过系泊电机驱动，分别以所述长方形的长边和短边所在方向为x轴方向和y轴方向，并以所述工作定位点为原点建立大地坐标系，所述方法包括：
6.基于所述大地坐标系确定所述长方形的长边间距和短边间距，并根据所述长边间距、所述短边间距和所述工作定位点的位置建立四点系泊正解绝对运动模型和四点系泊正解相对运动模型，所述四点系泊正解绝对运动模型为系泊缆长度与所述工作定位点位置之间的数学关系模型，所述四点系泊正解相对运动模型为系泊缆长度偏差与工作定位点位置偏差之间的数学关系模型；
7.根据所述四点系泊正解绝对运动模型和所述四点系泊正解相对运动模型得到四点系泊逆解模型；
8.建立系泊电机与系泊缆之间的驱动控制模型，所述驱动控制模型为系泊电机转角与系泊缆长度之间的数学关系模型；
9.根据所述四点系泊逆解模型和所述驱动控制模型建立四点系泊多电机协同定位
控制模型，通过调节所述四点系泊多电机协同定位控制模型中的四个系泊电机转角，调节工作定位点位置偏差，以实现四点系泊多电机协同定位控制，将所述系泊平台定位在预设区域内。
10.可选的，所述四点系泊正解绝对运动模型和所述四点系泊正解相对运动模型分别采用如下公式表示：
[0011][0012][0013]
其中，l1～l4为四根系泊缆的长度，a、b分别为四点系泊长方形的短边长边间距的一半，(x，y，z)为工作定位点的位置坐标，δl1～δl4为四根系泊缆的长度偏差，(δx，δy，δz)为工作定位点的位置偏差坐标。
[0014]
可选的，所述四点系泊逆解模型采用如下公式表示：
[0015][0016][0017][0018]
[0019][0020][0021]
可选的，系泊电机与系泊缆之间的驱动控制模型采用如下公式表示：
[0022][0023]
其中，lm为对应系泊缆长度，km为比例系数，θm为对应系泊电机转角，δlm为对应系泊缆长度偏差，δθm为对应系泊电机转角偏差。
[0024]
可选的，所述四点系泊多电机协同定位控制模型采用如下公式表示：
[0025][0026][0027]
其中，δθ
m1
～δθ
m4
为系泊电机1至系泊电机4的电机转角偏差。
[0028]
可选的，四点系泊多电机协同定位控制过程包括系泊缆长度-张力控制和系泊联合定位控制过程。
[0029]
可选的，所述系泊缆的出缆孔位置设置有张力传感器和长度编码器，用于测量系泊缆的张力和长度，系泊缆长度-张力控制方法包括：
[0030]
建立系泊电机转角-转速-转矩-电流控制模型，系泊电机带角度编码器，用于测量系泊电机轴位置；
[0031]
根据检测的系泊缆的张力和长度，通过所述系泊电机转角-转速-转矩-电流控制模型对系泊电机的转矩和转角进行控制，以反馈调节系泊缆的张力和长度；
[0032]
其中，所述系泊电机转角-转速-转矩-电流控制模型采用如下公式表示：
[0033][0034][0035]im
＝k
φ
tm[0036]
其中，ts是采样周期，是系泊电机转速，
△
ωm是系泊电机转速偏差；tm是系
泊电机转矩，im是系泊电机电流，k
φ
是伺服电机电流与转矩的系数，近似为常数，k
p1
、k
i1
和k
d1
是位置环/转角环pid系数，k
p2
、k
i2
和k
d2
是转速环pid系数。
[0037]
可选的，系泊联合定位控制方法包括：
[0038]
通过系泊平台gps定位系统或北斗定位系统确定的定位点位置，得到第一工作定位点位置偏差；
[0039]
通过所述四点系泊多电机协同定位控制模型计算得到第二工作定位点位置偏差；
[0040]
判断所述第一工作定位点位置偏差和所述第二工作定位点位置偏差是否均位于预设误差范围；
[0041]
若均位于所述预设误差范围，则控制进入系泊缆恒张力控制模式；
[0042]
若存在至少一个工作定位点位置偏差不在所述预设误差范围，则根据联合定位误差鉴别结果，控制进入系泊缆长度控制模式。
[0043]
可选的，控制进入系泊缆恒张力控制模式为控制系泊缆的张力为预设张力，并使得系泊缆长度在定位误差范围内变化。
[0044]
可选的，控制进入系泊缆长度控制模式时，所述方法还包括：
[0045]
判断系泊缆张力是否小于或者等于张力限制值；
[0046]
所述系泊缆张力小于或者等于张力限制值时，根据系泊平台的偏移方向进行电机收缆或者放缆控制，直至所述第一工作定位点位置偏差和所述第二工作定位点位置偏差均位于所述预设误差范围内时，控制进入系泊缆恒张力控制模式。
[0047]
本发明至少具有以下技术效果：
[0048]
1、本发明将多点系泊定位分解为四角对称的多组四点系泊控制，并通过多组四点系泊分布式协同控制实现了系泊平台(船)定位的稳定性、快速性和准确性。
[0049]
2、本发明将多点系泊简化为四点系泊模型，建立了系泊缆与系泊平台(船)位置的正解/逆解模型，并将系泊平台(船)位置控制转化为系泊缆长度控制，使得控制关系清晰，提高了控制性能。
[0050]
3、本发明建立了系泊缆与系泊电机驱动模型，将系泊缆长度控制转化为系泊电机的位置(转角)控制，通过驱动电机的位置控制转矩限幅实现了系泊缆的长度定值控制和恒张力控制，从而提高了系泊平台(船)的定位精度和安全性。
[0051]
4、本发明明确了系泊缆及其驱动电机对定位控制的数学关系，以及相互之间的协同关系，填补了系泊领域控制上的空白。
[0052]
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0053]
图1为本发明一实施例提供的四锚点设置示意图；
[0054]
图2为本发明一实施例提供的多点系泊定位四点系泊模型控制方法的流程图；
[0055]
图3为本发明一实施例提供的多点系泊定位四点系泊模型工作原理图；
[0056]
图4为本发明一实施例提供的多点系泊定位四点系泊模型工作流程图。
具体实施方式
[0057]
下面详细描述本实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0058]
下面参考附图描述本实施例的多点系泊定位四点系泊模型控制方法。
[0059]
多点系泊中三点系泊就能实现定位控制，但四点系泊可靠性高，冗余性好。系泊物大小不同，每个系泊点分布1～4根系泊缆，每个系泊点对应着1～4个系泊锚点，每个系泊点的多根系泊缆合力可简化为一根系泊缆，这就要求同一个系泊点下的多根系泊缆需要等时同步控制。本实施例中，多点系泊简化为四点系泊是可行的、必要的。
[0060]
对于四点系泊模型控制方法，首先可确定系泊平台的工作定位点，以工作定位点为中心对称设置四个锚点，四个锚点呈长方形，系泊平台的四个系泊出缆孔与对应的四个锚点分别连接有系泊缆，系泊缆通过系泊绞车调节线缆长度，系泊绞车通过系泊电机驱动，分别以长方形的长边和短边所在方向为x轴方向和y轴方向，并以工作定位点为原点建立大地坐标系。
[0061]
具体的，系泊平台(船)到达指定海域的工作位置后，可确定此工作点(x0，y0)为工作定位点，然后通过gps(定位装置)或北斗(定位装置)检测该点为(x
′
0，y
′
0)。进一步的，以工作定位点(x0，y0)为中心对称布置四个锚点，并呈长方形，然后取长边为x轴方向，长边两锚间距为2b；取短边为y轴方向，短边两锚间距为2a，四锚布置示意图如图1所示，其中大地坐标系x-y-z满足右手定则。
[0062]
如图1所示，a、b、c、d是系泊平台(船)的系泊出缆孔；o1、o2、o3、o4是4个系泊固定锚点；ao1、bo2、co3、do4是系泊缆长度，分别为ao1＝l1，bo2＝l2，co3＝l3，do4＝l4；xyz为定位坐标系(大地坐标系)，o是坐标原点；z轴方向为系泊平台(船)吃水，表征系泊平台(船)距离海底的高度，可近似为常数；其中，x轴与系泊平台(船)的纵向平行，y轴与系泊平台(船)的横向平行。本实施例中，可设定o1o4＝o2o3＝2b；o1o2＝o3o4＝2a，系泊平台(船)工作中心点(定位点)坐标为(x，y，z)。
[0063]
需要说明的是，对于超过4点的多点系泊，如8、12、16点系泊，也是按照此方法，依次分组为2个四点系泊、3个四点系泊、4个四点系泊，每组四点系泊对称四点长方形布置。定位锚布置到位后，需要进行拉锚实验，一方面使锚抓入土中，另一方面用于检测锚能否固定住，以防止走锚。四点定位锚固定好后，多点系泊电机一起工作调整系泊平台定位在规定的范围内后，此时系泊电机进入恒张力控制模式，此时的系泊缆张力为预张力。系泊平台(船)开始布锚定位，此时要求海况良好，其中，四点系泊锚布置的关键是四个锚点组成长方形，并且设定定位点在长方形的中心附近范围内。
[0064]
图2为本发明一实施例提供的多点系泊定位四点系泊模型控制方法的流程图。图3为本发明一实施例提供的多点系泊定位四点系泊模型工作原理图。如图2和图3所示，该方法包括：
[0065]
步骤s1：基于大地坐标系确定长方形的长边间距和短边间距，并根据长边间距、短边间距和工作定位点的位置建立四点系泊正解绝对运动模型和四点系泊正解相对运动模型，四点系泊正解绝对运动模型为系泊缆长度与工作定位点位置之间的数学关系模型，四点系泊正解相对运动模型为系泊缆长度偏差与工作定位点位置偏差之间的数学关系模型。
[0066]
其中，四点系泊正解绝对运动模型和四点系泊正解相对运动模型分别采用如下公式表示：
[0067][0068][0069]
其中，l1～l4为四根系泊缆的长度，a、b分别为四点系泊长方形的短边长边间距的一半，(x，y，z)为工作定位点的位置坐标，δl1～δl4为四根系泊缆的长度偏差，(δx，δy，δz)为工作定位点的位置偏差坐标。
[0070]
由此，可得到系泊缆长度lm(系泊点个数m＝1，2，3，4)与系泊工作定位点(x，y，z)之间数学关系模型，以及系泊缆偏差
△
lm与系泊工作定位点位置偏差(
△
x，
△
y，
△
z)之间的数学关系模型。
[0071]
步骤s2：根据四点系泊正解绝对运动模型和四点系泊正解相对运动模型得到四点系泊逆解模型。
[0072]
其中，四点系泊逆解模型采用如下公式表示：
[0073][0074][0075][0076]
[0077][0078][0079]
由此，可通过公式(3)-(8)建立系泊缆-系泊平台(船)位置关系逆解运动模型，从而确定了工作定位点(x，y，z)及(
△
x，
△
y，
△
z)随系泊缆长度lm和长度偏差
△
lm变化的解析式，并明确了系泊缆对系泊定位影响的定量关系。
[0080]
步骤s3：建立系泊电机与系泊缆之间的驱动控制模型，驱动控制模型为系泊电机转角与系泊缆长度之间的数学关系模型。
[0081]
具体的，系泊电机为变频电机，变频电机驱动系泊绞车时，系泊绞车可收紧/放松系泊缆，所以可确定系泊电机与系泊缆之间的驱动控制模型，即确定系泊电机转角正/反转控制与收/放系泊缆长度的关系，系泊电机与系泊缆之间的驱动控制模型采用如下公式表示：
[0082][0083]
其中，lm为对应系泊缆长度，km为比例系数，其与系泊电机驱动绞车的减速比、绞车卷筒直径和缆绳直径有关，θm为对应系泊电机转角，δlm为对应系泊缆长度偏差，δθm为对应系泊电机转角偏差。
[0084]
由此，通过公式(9)可将系泊缆长度控制转化为系泊电机的位置(转角)控制，从而确定了系泊电机控制对系泊平台(船)的控制作用，降低了控制难度和复杂性。
[0085]
步骤s4：根据四点系泊逆解模型和驱动控制模型建立四点系泊多电机协同定位控制模型，通过调节四点系泊多电机协同定位控制模型中的四个系泊电机转角，调节工作定位点位置偏差，以实现四点系泊多电机协同定位控制，将系泊平台定位在预设区域内。
[0086]
具体的，可将公式(9)代入公式(6)和(7)中，得到四点系泊多电机协同定位控制模型，四点系泊多电机协同定位控制模型采用如下公式表示：
[0087][0088][0089]
其中，δθ
m1
～δθ
m4
为系泊电机1至系泊电机4的电机转角偏差。
[0090]
通过公式(10)四点系泊多电机协同定位控制模型可实现系泊平台(船)的
△
x控制，通过公式(11)四点系泊多电机协同定位控制模型可实现系泊平台(船)的
△
y控制。从公式(10)和公式(11)可知，一个系泊电机位置控制，能够同时影响
△
x和
△
y，由此可根据
△
x和
△
y的正负确定调节方向和坐标象限，并通过四个系泊电机协同控制，使系泊平台定位在规定的范围内(坐标原点区域内)。
[0091]
如图4所示，四点系泊多电机协同定位控制过程具体包括系泊缆长度-张力控制和系泊联合定位控制过程。
[0092]
其中，系泊缆长度-张力控制包括：
[0093]
建立系泊电机转角-转速-转矩-电流控制模型；
[0094]
根据检测的系泊缆的张力和长度，通过系泊电机转角-转速-转矩-电流控制模型对系泊电机的转矩和转角进行控制，以反馈调节系泊缆的张力和长度；
[0095]
其中，系泊电机转角-转速-转矩-电流控制模型采用如下公式表示：
[0096][0097][0098]im
＝k
φ
tmꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0099]
其中，ts是采样周期，是系泊电机转速，
△
ωm是系泊电机转速偏差；tm是系泊电机转矩，im是系泊电机电流，k
φ
是伺服电机电流与转矩的系数，近似为常数，k
p1
、k
i1
和k
d1
是位置环/转角环pid系数，k
p2
、k
i2
和k
d2
是转速环pid系数。
[0100]
具体的，由于系泊缆长度变化量与系泊绞车转动角度成正比，也与系泊电机的转角成正比，因此，系泊电机的位置控制就是系泊平台(船)的位置控制，并且由于系泊电机的速度(转速)控制能够提高系泊动态性能，以及系泊电机转矩控制能够实现系泊缆的张力控制和限幅控制，确保系泊缆安全、可靠，所以本实施例中可建立系泊电机转角-转速-转矩-电流控制模型，以便通过该模型实现系泊缆的长度-张力控制。
[0101]
本实施例中，可在系泊缆出缆孔处增加滚轮和张紧轮，并通过滚轮上的绝对值编码器即角度编码器实现泊缆的长度变化量的检测，系泊电机自带编码器实现其转角和转速检测，并通过张紧轮上设置的张力传感器实现系泊缆的张力检测，由此可实现系泊缆动态特性的准确反馈，进而实现了系泊绞车电机的位置(转角)、速度和转矩反馈与闭环控制。本实施例中，为了提高控制精度，可通过上述传感器检测的系泊缆的长度变化量和张力值，对系泊绞车电机的位置、转矩控制进行校准。
[0102]
在本发明的一个实施例中，系泊联合定位控制包括：
[0103]
通过系泊平台gps定位系统或北斗定位系统确定的定位点位置，得到第一工作定位点位置偏差；通过四点系泊多电机协同定位控制模型计算得到第二工作定位点位置偏差；判断第一工作定位点位置偏差和第二工作定位点位置偏差是否均位于预设误差范围；若均位于预设误差范围，则控制进入系泊缆恒张力控制模式；若存在至少一个工作定位点位置偏差不在预设误差范围，则根据联合定位误差鉴别结果，控制进入系泊缆长度控制模式。
[0104]
具体的，可采用gps或北斗检测系泊平台(船)的位置(x
′
0，y
′
0)，获得第一工作定位点位置偏差(
△
x
′
，
△y′
)，同时通过四点系泊多电机协同定位控制模型计算出系泊平台(船)的第二工作定位点位置偏差(
△
x，
△
y)。
[0105]
需要说明的是，可以采用基于gps或北斗位置反馈的多点系泊定位控制，也可采用四点系泊多电机协同定位控制模型计算法间接得到的位置反馈控制。本实施例中，可采用两者结合的联合定位控制。系泊联合定位控制中，若位置偏差(
△
x
′
，
△y′
)和(
△
x，
△
y)中有一个超出预设误差范围如(3～5)％水深h时，就发出声光报警。本实施例中可基于位置偏差(
△
x，
△
y)的四点系泊模型控制，然后参考gps或北斗定位的位置偏差(
△
x
′
,
△y′
)，进行系泊平台定位控制，直至各位置偏差均≤(3～5)％水深h，系泊定位调整结束。本实施例中，采用位置双闭环控制，可提高系泊平台定位安全性、可靠性和准确性。
[0106]
在本发明的一个实施例中，控制进入系泊缆恒张力控制模式为控制系泊缆的张力为预设张力，并使得系泊缆长度在定位误差范围内变化。
[0107]
具体的，恒张力控制模式的张力定值随着系泊缆长度变化而可变的，其变化规律由公式(9)和公式(12)-(14)确定。系泊缆有最大张力限制值，也就是系泊缆的破断张力，张力控制模式的工作范围介于预张力和最大张力限制值之间。由于系泊定位在外界风浪流作用下会发生移动，系泊缆长度也会发生变化，即上风侧系泊缆变长，下风侧系泊缆变短，这就引起恒张力控制模式的张力值变化，上风侧张力值变大，下风侧张力值变小，两者同步变化，可防止平台位置突变而限制平台倾角不超过1
°
(船级社规范要求值)，直至平台不再移动为止，然后转入新的张力值下的恒值控制模式。当系泊定位的位置偏差在允许定位范围内时，系统可自动进行系泊缆恒张力控制，即控制系泊缆的张力为恒定张力，并允许系泊缆长度在定位误差范围内变化，此时的系泊缆相当于弹簧效果。由于风浪流的干扰方向不同，使各个系泊缆的张力控制值不一样。所以，恒张力控制模式还能检测系泊定位锚是否发生移动，若系泊位置不变化，而系泊缆长度缩短方向变化，则系统可自动判断为走锚，或者系泊缆与锚的链接松脱，然后系统会发出声光报警。
[0108]
如上所述，张力控制可通过系泊电机转角-转速-转矩-电流控制模型实现，由于系泊缆张力控制可通过系泊电机转矩控制实现，所以可检测系泊缆张力变化，并通过该模型进行反馈调节，以便控制进入系泊缆恒张力控制模式。
[0109]
在本发明的一个实施例中，控制进入系泊缆长度控制模式时，该方法还包括：判断系泊缆张力是否小于或者等于张力限制值；系泊缆张力小于或者等于张力限制值时，根据系泊平台的偏移方向进行电机收缆或者放缆控制，直至第一工作定位点位置偏差和第二工作定位点位置偏差均位于预设误差范围内时，控制进入系泊缆恒张力控制模式。
[0110]
具体的，系泊平台(船)超出允许范围，系统会发生报警，系统自动切换为系泊缆长度控制模式，此时张力不再保持定值。系泊平台(船)漂移方向的反方向(迎风侧)的位置电机收缆，张力增大，但不能超过系泊缆的破断张力，然后偏移方向侧(下风侧)的位置电机放缆。需要说明的是，这两侧电机要求等时同步，以防止平台倾斜。如果风浪流影响很大，导致迎风侧张力达到系泊缆的破断张力，系统可自动将迎风侧电机切换为张力幅值限制的定值控制。此种情况下，对于8点/12点/16点的多点系泊系统，系统会自动启动第二套四点系泊模型控制；对于4点系泊系统，只能迎风面同侧电机收缆控制。当系泊平台(船)恢复到预定位置后，即位置偏差(
△
x
′
，
△y′
)和(
△
x，
△
y)≤(3～5)％水深h时，调整结束，然后多点系
泊的所有电机进行张力二次调节，各电机承担额外的风浪流载荷。
[0111]
本发明明确了系泊电机-系泊缆长度的数学模型和系泊缆长度与系泊平台(船)位置的数学模型，从而明确了系泊缆长度变化
△
lm对系泊平台(船)位置(
△
x，
△
y)的定量关系，以及多点系泊之间协同控制对系泊平台(船)定位控制的定量关系。本发明将系泊缆长度控制转化为系泊驱动电机的位置控制，利用变频电机驱动原理的位置环-速度环-电流环，将系泊平台(船)定位的系泊缆长度-张力控制转化为系泊电机转角-转矩控制，从而实现了系泊平台(船)的定位控制。
[0112]
本发明的工作原理为：首先确定系泊平台(船)的初始位置坐标(x0，y0)，然后对称布置四个系泊固定的锚点，以初始位置坐标(x0，y0)为四个系泊固定锚点的坐标原点，建立公式(1)～公式(9)数学模型，然后将系泊缆的初始长度与系泊电机的起始位置进行校准对应，并明确系泊缆长度变化与系泊电机转角存在的对应关系，再通过gps或北斗检测系泊平台(船)位置坐标(x
′
0，y
′
0)，用于系泊定位控制参考，最后实时检测系泊缆变化量和张力进行补偿与位置校准，以实现基于四点系泊模型法的系泊平台(船)位置控制。
[0113]
综上所述，本发明将多点系泊定位分解为四角对称的多组四点系泊控制，并通过多组四点系泊分布式协同控制实现了系泊平台(船)定位的稳定性、快速性和准确性；本发明将多点系泊简化为四点系泊模型，建立了系泊缆与系泊平台(船)位置的正解/逆解模型，并将系泊平台(船)位置控制转化为系泊缆长度控制，使得控制关系清晰，提高了控制性能；本发明建立了系泊缆与系泊电机驱动模型，将系泊缆长度控制转化为系泊电机的位置(转角)控制，通过驱动电机的位置控制转矩限幅实现了系泊缆的长度定值控制和恒张力控制，从而提高了系泊平台(船)的定位精度和安全性；本发明明确了系泊缆及其驱动电机对定位控制的数学关系，以及相互之间的协同关系，填补了系泊领域控制上的空白；另外，本发明的张力控制模式还能判断是否走锚、系泊缆与锚的连接是否松脱，并实现声光报警。
[0114]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0115]
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：
1.一种多点系泊定位四点系泊模型控制方法，其特征在于，确定系泊平台的工作定位点，以所述工作定位点为中心对称设置四个锚点，所述四个锚点呈长方形，所述系泊平台的四个系泊出缆孔与对应的四个锚点分别连接有系泊缆，所述系泊缆通过系泊绞车调节线缆长度，所述系泊绞车通过系泊电机驱动，分别以所述长方形的长边和短边所在方向为x轴方向和y轴方向，并以所述工作定位点为原点建立大地坐标系，所述方法包括：基于所述大地坐标系确定所述长方形的长边间距和短边间距，并根据所述长边间距、所述短边间距和所述工作定位点的位置建立四点系泊正解绝对运动模型和四点系泊正解相对运动模型，所述四点系泊正解绝对运动模型为系泊缆长度与所述工作定位点位置之间的数学关系模型，所述四点系泊正解相对运动模型为系泊缆长度偏差与工作定位点位置偏差之间的数学关系模型；根据所述四点系泊正解绝对运动模型和所述四点系泊正解相对运动模型得到四点系泊逆解模型；建立系泊电机与系泊缆之间的驱动控制模型，所述驱动控制模型为系泊电机转角与系泊缆长度之间的数学关系模型；根据所述四点系泊逆解模型和所述驱动控制模型建立四点系泊多电机协同定位控制模型，通过调节所述四点系泊多电机协同定位控制模型中的四个系泊电机转角，调节工作定位点位置偏差，以实现四点系泊多电机协同定位控制，将所述系泊平台定位在预设区域内。2.如权利要求1所述的多点系泊定位四点系泊模型控制方法，其特征在于，所述四点系泊正解绝对运动模型和所述四点系泊正解相对运动模型分别采用如下公式表示：泊正解绝对运动模型和所述四点系泊正解相对运动模型分别采用如下公式表示：其中，l1～l4为四根系泊缆的长度，a、b分别为四点系泊长方形的短边长边间距的一半，(x，y，z)为工作定位点的位置坐标，δl1～δl4为四根系泊缆的长度偏差，(δx，δy，δz)为工作定位点的位置偏差坐标。3.如权利要求2所述的多点系泊定位四点系泊模型控制方法，其特征在于，所述四点系泊逆解模型采用如下公式表示：
4.如权利要求3所述的多点系泊定位四点系泊模型控制方法，其特征在于，系泊电机与系泊缆之间的驱动控制模型采用如下公式表示：其中，l
m
为对应系泊缆长度，k
m
为比例系数，θ
m
为对应系泊电机转角，δl
m
为对应系泊缆长度偏差，δθ
m
为对应系泊电机转角偏差。5.如权利要求4所述的多点系泊定位四点系泊模型控制方法，其特征在于，所述四点系泊多电机协同定位控制模型采用如下公式表示：
其中，δθ
m1
～δθ
m4
为系泊电机1至系泊电机4的电机转角偏差。6.如权利要求5所述的多点系泊定位四点系泊模型控制方法，其特征在于，四点系泊多电机协同定位控制过程包括系泊缆长度-张力控制和系泊联合定位控制过程。7.如权利要求6所述的多点系泊定位四点系泊模型控制方法，其特征在于，所述系泊缆的出缆孔位置设置有张力传感器和长度编码器，用于测量系泊缆的张力和长度，系泊缆长度-张力控制方法包括：建立系泊电机转角-转速-转矩-电流控制模型；系泊电机带角度编码器，用于测量系泊电机轴位置；根据检测的系泊缆的张力和长度，通过所述系泊电机转角-转速-转矩-电流控制模型对系泊电机的转矩和转角进行控制，以反馈调节系泊缆的张力和长度；其中，所述系泊电机转角-转速-转矩-电流控制模型采用如下公式表示：电流控制模型采用如下公式表示：i
m
＝k
φ
t
m
其中，t
s
是采样周期，是系泊电机转速，
△
ω
m
是系泊电机转速偏差；t
m
是系泊电机转矩，i
m
是系泊电机电流，k
φ
是伺服电机电流与转矩的系数，近似为常数，k
p1
、k
i1
和k
d1
是位置环/转角环pid系数，k
p2
、k
i2
和k
d2
是转速环pid系数。8.如权利要求7所述的多点系泊定位四点系泊模型控制方法，其特征在于，系泊联合定位控制方法包括：通过系泊平台gps定位系统或北斗定位系统确定的定位点位置，得到第一工作定位点位置偏差；通过所述四点系泊多电机协同定位控制模型计算得到第二工作定位点位置偏差；判断所述第一工作定位点位置偏差和所述第二工作定位点位置偏差是否均位于预设误差范围；若均位于所述预设误差范围，则控制进入系泊缆恒张力控制模式；若存在至少一个工作定位点位置偏差不在所述预设误差范围，则根据联合定位误差鉴别结果，控制进入系泊缆长度控制模式。9.如权利要求8所述的多点系泊定位四点系泊模型控制方法，其特征在于，控制进入系泊缆恒张力控制模式为控制系泊缆的张力为预设张力，并使得系泊缆长度在定位误差范围内变化。10.如权利要求8所述的多点系泊定位四点系泊模型控制方法，其特征在于，控制进入系泊缆长度控制模式时，所述方法还包括：判断系泊缆张力是否小于或者等于张力限制值；
所述系泊缆张力小于或者等于张力限制值时，根据系泊平台的偏移方向进行电机收缆或者放缆控制，直至所述第一工作定位点位置偏差和所述第二工作定位点位置偏差均位于所述预设误差范围内时，控制进入系泊缆恒张力控制模式。

技术总结
本发明公开了一种多点系泊定位四点系泊模型控制方法，该方法包括：建立四点系泊正解绝对运动模型和四点系泊正解相对运动模型；根据四点系泊正解绝对运动模型和四点系泊正解相对运动模型得到四点系泊逆解模型；建立系泊电机与系泊缆之间的驱动控制模型；根据四点系泊逆解模型和驱动控制模型建立四点系泊多电机协同定位控制模型，通过调节四点系泊多电机协同定位控制模型中的四个系泊电机转角，调节工作定位点位置偏差，以实现四点系泊多电机协同定位控制，将系泊平台定位在预设区域内。本发明将多点系泊定位分解为四角对称的多组四点系泊控制，通过多组四点系泊分布式协同控制能够有效实现系泊平台定位的稳定性、快速性和准确性。准确性。准确性。


技术研发人员：张桂臣 曹玉琢 张国超 王昆仑 钟作寿
受保护的技术使用者：达器船用推进器（江苏）有限公司
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2023/4/25