用于控制拖曳船队的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于控制由船和至少一艘作用在船上的拖船组成的拖曳船队的方法，包括步骤：a)提供船的数据和环境数据；b)确定船的当前航向、推力矢量和惯性力，并通过计算校正力矢量和校正扭矩来预先确定船的期望的行驶方向，以实现期望的行驶方向；c)计算拖船的所需的位置、方向和驱动位置，并生成控制命令，使得拖船的所有的力矢量之和和扭矩对应于所需的校正力矢量和校正扭矩；d)将生成的控制命令传输到拖船，并监视控制命令的完成；e)在完成控制命令之后评估生成的校正力矢量和校正扭矩，并在数据模型中生成并存储校正值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制拖曳船队的方法
本专利技术涉及一种用于控制由船和至少一艘作用于船上的拖船组成的拖曳船队的方法。
技术介绍
这种拖曳船队例如在海运中是常见的，用于将由于其大小而在港口中仅具有有限机动性能力的船舶带到其规定的泊位上或从该泊位再次从港口带出，此外用于营救无机动性能力的船舶和/或将它们带入港口。为此使用的拖船通常是机动性很强的、带有功率强大的驱动系统的船，它们用于牵拉、推移和制动大多数显著更大的船。通过牵拉拖缆，即所谓的大缆，或通过将船首或船尾直接推压到船体上，将力传递到船上。根据应用领域的不同，拖曳船队的拖船为大型船的停泊和启航操纵提供帮助(Assistance)、在通过狭窄通道，如港口入口和运河的驾驶时为船提供护航(Escort)或为受损的船提供救助(Salvage)。对应于这些应用领域，在机动性能力、推力的产生以及大的控制力和制动力的产生的方面上，对使用的拖船提出了高的要求。通常，方位角设备被用来推进拖船，该方位角设备能够相对于垂直轴在360°上沿任何期望的方向引导所产生的推力。这样的拖船或者配备有福伊特-施耐德垂直轴转子(VSP)或者配备有作为固定螺距螺旋桨(FPP)或带有喷嘴的可变螺距螺旋桨(CPP)的方位舵螺旋桨。常用的拖船类型是拖曳拖船和ASD拖船(AzimutSternDrive全方位尾机驱动)。对于拖曳拖船而言，推进系统(通常是两个系统)被安装在船的前部区域，对于ASD拖船而言，则安装在船的尾部中。这里的区别特征是推进器在船首和船尾的安装和位置。其他已知的拖船类型是在前甲板下有两个推进系统和在船尾中有另一个推进系统的转子拖船、在船头处和在船尾中各有一个系统的GIANO拖船，等等。各种类型的拖船在船体形状和艉鳍的形状上也有很大的不同，它们用于稳定和扩大水下侧向面积，以产生更大的横向牵引力，除了产生的推力外，该横向牵引力还构成在拖曳船队中施加到船上的力的主要部分。根据用于要移动的船所需的操纵，单个拖船可以相对于该船采取不同的位置和方向，以便施加期望的力。在多个拖船的船队中，施加的力和力矩叠加起来成为总合力和总的合力矩。拖船的可能位置受到在船上各个拖缆的连接部的位置、其长度、在船体上的作用点以及避免危险的运行状态的限制。迄今为止，为达到最大可能的效果而确定拖船的最佳位置和方向一直是依靠拖船船长的经验。如果多个拖船参与操纵任务，则另外需要在各个拖船之间进行协调，通常通过在拖船的各个船长之间的约定，和/或按照在船上的领航员的指示。为此需要大量的经验。已知通过计算程序来确定拖船的护航能力和力效果，例如用于检查拖船的设计或提供足够的力产生的证据，其以所谓的护航记号法的形式表示。根据相应的拖船的构造形式和尺寸，所产生的力和力矩的相互作用会受到不同参数的影响，例如，通过改变功率影响推进系统的推力产生、通过各个系统的控制角来影响牵拉的方向和它们的定位以及通过将拖船对准行驶方向影响流动力和船的速度。迄今为止，这些不同的参数阻止了从在模型测试中确定的特定拖船的数据到辅助系统的传输，该辅助系统执行或支持拖曳船队的各个拖船的定位和驱动，而与拖曳船队的构造形式和大小无关，用于尽可能最佳地，也就是说以最小可能的推力投入，来使用各个拖船，以提高效率。此外，从WO2018/004353A1中已知一种用于设置在拖船上的拖缆的绞盘的动态控制器，其将拖船定位在适合于使用绞盘的工作区域中。但是，采用已知的控制器不能够选择拖曳船队的各个拖船的最佳位置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种用于控制由一艘船和至少一艘作用在该船上的拖船组成的拖曳船队的方法，该方法作为自动化的辅助系统自动地确定各个拖船对于具体的拖曳任务的最有效位置和驱动配置，并将其传输至所参与的拖船，以便它们由各自的船长相应地进行定位和配置，或者自动地调整到在计算出的位置和驱动配置中。为了实现所提出的目的，根据本专利技术提出一种根据权利要求1的特征的方法的设计方案。根据本专利技术的方法的有利的设计方案和扩展方案是从属权利要求的主题。本专利技术建议，为了控制由一艘船和至少一艘作用在该船上的拖船组成的拖曳船队，例如自动地在相应的数据处理系统中执行以下的步骤序列：a)提供数据模型，所述数据模型包括船和至少一艘拖船的固定数据以及可变的环境数据；b)确定船的当前航向、推力矢量和惯性力，并通过随后计算所需的校正力矢量和校正扭矩来预先确定船的期望的行驶方向，以实现期望的行驶方向；c)借助于使用数据模型的算法来计算至少一艘作用拖船的所需的位置、方向和驱动位置，并生成用于至少一艘拖船的控制命令，使得至少一艘或这些作用拖船的所有的力矢量之和和扭矩对应于所需的校正力矢量和校正扭矩；d)将生成的控制命令传输到至少一艘作用拖船，并监视控制命令的完成；e)在完成控制命令之后对生成的校正力矢量和校正扭矩实施评估，并在确定生成的校正力矢量与所需的校正力矢量和/或生成的校正扭矩与所需的校正扭矩的偏差的情况下，在数据模型中生成和存储校正值，并且随后重新执行步骤c)至e)。根据本专利技术，因此创建了一种自学习的和持续优化的辅助系统，该辅助系统确定各个拖船相对于船的最佳位置和方向，并将它们转换成用于各个推进系统的控制命令，以便将期望的力施加到要帮助的船上。在此，通过在执行操纵时不断地优化数据模型来不断地训练和优化辅助系统。所提供的数据模型的初始存储的数据(用于计算至少一艘作用拖船的所需的位置、方向和驱动位置的算法使用该数据)可以通过最初执行预先指定的操纵来生成和提供。为了使校正工作和优化例程有效，根据本专利技术的建议提出了，预先确定极限值，并且在步骤e)中，在确定生成的校正力矢量与所需的校正力矢量的超出极限值的偏差和/或生成的校正扭矩与所需的校正扭矩的超出极限值的偏差的情况下，实施在数据模型中生成和存储校正值并且在未超过极限值的情况下不生成和不存储任何校正值。极限值可以被输入到系统中或从数据库中读取并因此可以作为用于不断优化自学系统的终止标准。在数据模型中记录的固定数据可以包含包括船和/或至少一艘拖船的船壳形状、主要尺寸、拖缆连接部的相对高度、艉鳍的形状、推进系统的位置、推进系统的类型和性能数据的组中的至少一个元素。在数据模型中记录的可变的环境数据可以包含包括船和/或至少一艘拖船的拖缆的长度和其在空间中的位置、当前的行驶速度和行驶方向、水深、风力载荷和/或海浪载荷的组中的至少一个元素。固定数据可以预先已知地和以手动方式输入或从相应的数据库中自动地读取，而可变的环境数据优选地由在船上和/或在至少一艘或一些拖船上的适当的传感器确定并且以预定确定的时间间隔或连续地存储在数据模型中。在根据本专利技术的方法的范围内，并非必须存在和处理所有上述固定或可变的数据，而是通过考虑最大可能的数据量，显著地缩短根据本专利技术的方法的准确性和所需的训练持续时间，直到实现最佳的解决方案。根据本专利技术的方法在使用数据模型的开始时就已经由影响变量计算了各个拖船在所使用的推进系统的数量和方向上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制由船(1)和至少一艘作用在船(1)上的拖船(2、2.1、2.2)组成的拖曳船队的方法，包括步骤：/na)提供数据模型，所述数据模型包括船(1)和至少一艘拖船(2、2.1、2.2)的固定数据以及可变的环境数据；/nb)确定船(1)的当前航向、推力矢量(10)和惯性力，并通过随后计算所需的校正力矢量(K)和校正扭矩(M)来预先确定船(1)的期望的行驶方向(Fs)，以实现期望的行驶方向(Fs)；/nc)借助于使用数据模型的算法来计算至少一艘作用拖船(2、2.1、2.2)的所需的位置、方向和驱动位置，并生成用于至少一艘拖船(2、2.1、2.2)的控制命令，使得至少一艘作用拖船(2、2.1、2.2)的所有的力矢量(Fs1、Fs2)之和和扭矩对应于所需的校正力矢量(K)和校正扭矩(M)；/nd)将生成的控制命令传输到至少一艘作用拖船(2、2.1、2.2)，并监视控制命令的完成；/ne)在完成控制命令之后对生成的校正力矢量和校正扭矩实施评估，并在确定生成的校正力矢量(K')与所需的校正力矢量(K)和/或生成的校正扭矩(M')与所需的校正扭矩(M)的偏差的情况下，在数据模型中生成和存储校正值，并且随后重新执行步骤c)至e)。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180425 DE 102018109917.71.一种用于控制由船(1)和至少一艘作用在船(1)上的拖船(2、2.1、2.2)组成的拖曳船队的方法，包括步骤：
a)提供数据模型，所述数据模型包括船(1)和至少一艘拖船(2、2.1、2.2)的固定数据以及可变的环境数据；
b)确定船(1)的当前航向、推力矢量(10)和惯性力，并通过随后计算所需的校正力矢量(K)和校正扭矩(M)来预先确定船(1)的期望的行驶方向(Fs)，以实现期望的行驶方向(Fs)；
c)借助于使用数据模型的算法来计算至少一艘作用拖船(2、2.1、2.2)的所需的位置、方向和驱动位置，并生成用于至少一艘拖船(2、2.1、2.2)的控制命令，使得至少一艘作用拖船(2、2.1、2.2)的所有的力矢量(Fs1、Fs2)之和和扭矩对应于所需的校正力矢量(K)和校正扭矩(M)；
d)将生成的控制命令传输到至少一艘作用拖船(2、2.1、2.2)，并监视控制命令的完成；
e)在完成控制命令之后对生成的校正力矢量和校正扭矩实施评估，并在确定生成的校正力矢量(K')与所需的校正力矢量(K)和/或生成的校正扭矩(M')与所需的校正扭矩(M)的偏差的情况下，在数据模型中生成和存储校正值，并且随后重新执行步骤c)至e)。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预先确定极限值，并且在步骤e)中，在确定生成的校正力矢量(K')与所需的校正力矢量(K)的超出极限值的偏差和/或生成的校正扭矩(M')与所需的校正扭矩(M)的超出极限值的偏差的情况下，实施在数据模型中生成和存储校正值并且在...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·延森，
申请(专利权)人：施奥泰尔有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE