一种主动式锚泊定位优化控制方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种主动式锚泊定位优化控制方法及系统，其包括：获取平台内各锚缆各自所对应的锚缆张力数据，计算出在当前环境扰动下，平台到达期望位置每一锚缆所需的锚缆张力数据并分配给各自对应锚机控制器调整各锚缆的锚缆张力；实时检测平台位移变化数据；对平台位移变化数据与期望位移进行比较并输出比较结果；基于所述比较结果，优化当前环境扰动下各锚缆所对应的张力阈值并将优化后的新的张力阈值分配至各锚机控制器进行调整。本发明专利技术克服了松弛法只能得到张力分配近似解的缺陷，使用降维算法使等式严格满足，并解决了降维算法的缺陷。采用自适应调整评价函数中K值权重的优化方案，让锚机设备主动调整张力，增加船舶的定位能力。

An Optimal Control Method and System for Active Mooring Positioning

【技术实现步骤摘要】
一种主动式锚泊定位优化控制方法及系统
本专利技术涉及锚泊定位
，尤其涉及一种主动式锚泊定位优化控制方法及系统。
技术介绍
如图1所示，大型海洋石油平台锚泊定位系统多采用8点对称式布锚方式，4台双链轮卧式锚绞机分别控制8条锚泊线L1-L8顶端的收放。传统的锚泊辅助动力定位系统为最大限度的减小海洋浮式结构物的运动，通常在强度许可条件下将每根锚链尽量收紧，受锚机功率与转速的限制，锚泊线并不一定能够在规定时间内达到张力分配控制器发出的控制指令，就会导致平台不能到达期望位置，系统的定位精度下降，锚机不断处于运行状态从而增加能源消耗。也就是说，上述松弛法存在只能得到张力分配近似解的缺陷。
技术实现思路
基于此，为解决在锚泊辅助动力定位时存在只能得到张力分配近似解的不足，特提出了一种主动式锚泊定位优化控制方法。一种主动式锚泊定位优化控制方法，包括如下步骤：S1、获取平台内各锚缆各自所对应的锚缆张力数据，计算出在当前环境扰动下，平台到达期望位置每一锚缆所需的锚缆张力数据并分配给各自对应锚机控制器调整各锚缆的锚缆张力；S2、实时检测平台位移变化数据；S3、对所检测到的平台位移变化数据与期望位移进行比较并输出比较结果；S4、基于所述比较结果，优化当前环境扰动下各锚缆所对应的张力阈值并将优化后的新的张力阈值分配至各锚机控制器进行调整。可选的，在其中一个实施例中，所述S4通过优化模型优化各锚缆的张力分布，所述优化模型所对应的评价函数如下式所示：评价函数的约束条件为其中，ΔTension表示8根锚泊线受力的均匀程度；ΔLength表示四台锚机收/放缆的总量(假设锚机的收揽与放缆效率相同)；K表示权值重；ΔLi是相对于上一时刻，这一时刻需要的收/放缆量，收缆为正，放缆为负；Fx和Fy分别是横荡、纵荡方向上的环境扰动力；M是艏摇方向的干扰力矩；Ti是第i根锚缆的顶端张力,i＝1,2,…,8；φi第i根锚缆在海平面上的投影与平台艏向的夹角；di是锚机位置到平台中心点的距离；ωi是第i根锚缆所在的锚机位置与平台中心点的连线和平台艏向的夹角；同时采用降维优化算法降低优化模型中自变量的数目进而获得优化后的各锚缆的张力分布。可选的，在其中一个实施例中，所述降维优化算法为：假设优化模型中待优化的变量个数为n，而优化模型中等式约束个数为m，则相互独立的变量个数为n-m，优化评价函数的等式约束为移项后通过解线性方程组即能够求解出变量x1，x2，…，xm。可选的，在其中一个实施例中，采用基于收缩系统的验证剔除法对求解出的数据进行修正以保证求解出的独立变量的值满足式(5)所对应的自变量阈值范围。可选的，在其中一个实施例中，K的取值方法如下式所示其中：Kc是平衡目标函数中第一项和第二项量级的常数；ΔLmax是当前锚机根据张力分配指令所需收/放缆的最大长度；Lp值取决于锚机的固有性质，与功率和转速相关。可选的，在其中一个实施例中，所述锚机在同一时刻仅能控制一条锚缆的收放状态，另一条处于切断状态；在张力阈值达到上限时在张力分配控制单元控制下停止运行并切换锚缆线的使用状态。此外，在锚泊辅助动力定位时存在只能得到张力分配近似解的不足，特提出了一种主动式锚泊定位优化控制系统。一种主动式锚泊定位优化控制系统，包括：张力检测单元，其用于获取平台内各锚缆各自所对应的锚缆张力数据，计算出在当前环境扰动下，平台到达期望位置每一锚缆所需的锚缆张力数据并分配给各自对应锚机控制器调整各锚缆的锚缆张力；位移检测单元，其用于实时检测平台位移变化数据并送至张力分配控制单元；张力分配控制单元，其用于对所检测到的平台位移变化数据与期望位移进行比较并输出比较结果至张力优化单元；张力优化单元，其用于基于所述比较结果，优化当前环境扰动下各锚缆所对应的张力阈值并将优化后的新的张力阈值分配至各锚机控制器。可选的，在其中一个实施例中，所述张力优化单元通过优化模型优化各锚缆的张力分布，所述优化模型所对应的评价函数如下式所示：评价函数的约束条件为其中，ΔTension表示8根锚泊线受力的均匀程度；ΔLength表示四台锚机收/放缆的总量(假设锚机的收揽与放缆效率相同)；K表示权值重；ΔLi是相对于上一时刻，这一时刻需要的收/放缆量，收缆为正，放缆为负；Fx和Fy分别是横荡、纵荡方向上的环境扰动力；M是艏摇方向的干扰力矩；Ti是第i根锚缆的顶端张力,i＝1,2,…,8；φi第i根锚缆在海平面上的投影与平台艏向的夹角；di是锚机位置到平台中心点的距离；ωi是第i根锚缆所在的锚机位置与平台中心点的连线和平台艏向的夹角；同时采用降维优化算法降低优化模型中自变量的数目进而获得优化后的各锚缆的张力分布。可选的，在其中一个实施例中，所述降维优化算法为：假设优化模型中待优化的变量个数为n，而优化模型中等式约束个数为m，则相互独立的变量个数为n-m，优化评价函数的等式约束为移项后通过解线性方程组即能够求解出变量x1，x2，…，xm。可选的，在其中一个实施例中，采用基于收缩系统的验证剔除法对求解出的数据进行修正以保证求解出的独立变量的值满足式(5)所对应的自变量阈值范围。可选的，在其中一个实施例中，K的取值方法如下式所示其中：Kc是平衡目标函数中第一项和第二项量级的常数；ΔLmax是当前锚机根据张力分配指令所需收/放缆的最大长度；Lp值取决于锚机的固有性质，与功率和转速相关。可选的，在其中一个实施例中，所述锚机在同一时刻仅能控制一条锚缆的收放状态，另一条处于切断状态；在张力阈值达到上限时在张力分配控制单元控制下停止运行并切换锚缆线的使用状态。此外，为解决传统技术在面对在锚泊辅助动力定位时存在只能得到张力分配近似解的不足，还提出了一种计算机可读存储介质，包括计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的方法。实施本专利技术实施例，将具有如下有益效果：采用了上述技术之后，解决了传统技术在锚泊辅助动力定位时存在只能得到张力分配近似解的不足，本专利技术使用降维算法使等式严格满足需求，并解决了降维算法的缺陷；本专利技术通过自适应调整锚缆张力分配及锚机收、放缆变化长度之间的权重，让锚机设备主动调整张力，增加船舶的定位能力，达到兼顾系统安全性、经济性及定位精准性的效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：图1为现有技术中大型海洋石油平台锚泊定位系统采用8点对称式布锚方式示意图；图2为一个实施例中主动式锚泊定位优化控制方法步骤流程图；图3为一个实施例中主动式锚泊定位优化控制系统结构示意图；图4为一个实施例中基于收缩系统的验证剔除法步骤流程图；图5为一个实施例中优化当前环境扰动下各锚缆所对应的张力阈值的核心步骤流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主动式锚泊定位优化控制方法，包括如下步骤：S1、获取平台内各锚缆各自所对应的锚缆张力数据，计算出在当前环境扰动下，平台到达期望位置每一锚缆所需的锚缆张力数据并分配给各自对应锚机控制器调整各锚缆的锚缆张力；S2、实时检测平台位移变化数据；S3、对所检测到的平台位移变化数据与期望位移进行比较并输出比较结果；S4、基于所述比较结果，优化当前环境扰动下各锚缆所对应的张力阈值并将优化后的新的张力阈值分配至各锚机控制器进行调整。

【技术特征摘要】
1.一种主动式锚泊定位优化控制方法，包括如下步骤：S1、获取平台内各锚缆各自所对应的锚缆张力数据，计算出在当前环境扰动下，平台到达期望位置每一锚缆所需的锚缆张力数据并分配给各自对应锚机控制器调整各锚缆的锚缆张力；S2、实时检测平台位移变化数据；S3、对所检测到的平台位移变化数据与期望位移进行比较并输出比较结果；S4、基于所述比较结果，优化当前环境扰动下各锚缆所对应的张力阈值并将优化后的新的张力阈值分配至各锚机控制器进行调整。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4通过优化模型优化各锚缆的张力分布，所述优化模型所对应的评价函数如下式所示：评价函数的约束条件为其中，ΔTension表示8根锚泊线受力的均匀程度；ΔLength表示四台锚机收/放缆的总量，假设锚机的收揽与放缆效率相同；K表示权值重；ΔLi是相对于上一时刻，当前时刻需要的收/放缆量，收缆为正，放缆为负；Fx和Fy分别是横荡、纵荡方向上的环境扰动力；M是艏摇方向的干扰力矩；Ti是第i根锚缆的顶端张力,i＝1,2,…,8；φi第i根锚缆在海平面上的投影与平台艏向的夹角；di是锚机位置到平台中心点的距离；ωi是第i根锚缆所在的锚机位置与平台中心点的连线和平台艏向的夹角；同时采用降维优化算法降低优化模型中自变量的数目进而获得优化后的各锚缆的张力分布。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述降维优化算法为：假设优化模型中待优化的变量个数为n，而优化模型中等式约束个数为m，则相互独立的变量个数为n-m，优化评价函数的等式约束为移项后通过解线性方程组即能够求解出变量x1，x2，…，xm。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用基于收缩系统的验证剔除法对求解出的数据进行修正以保证求解出的独立变量的值满足式(5)所对应的自变量阈值范围。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，K的取值方法如下式所示其中：Kc是平衡目标函数中第一项和第二项量级的常数；ΔLmax是当前锚机根据张力分配指令所需收/放缆的最大长度；Lp值取决于锚机的固有性质，与功率和转速相关。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述锚机在同一时刻仅能控制一条锚缆的收放状态，另一条处于切断状态；在张力阈...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾宝柱，顾一鸣，韩森，张方实，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21