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申请/专利权人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所

摘要：本发明涉及船舶运动控制技术领域，具体公开了联合船舶和推进器模型的动力定位预测控制方法及系统，方法包括：构建船舶广义运动模型，通过滚动迭代，计算得到船舶迭代预测模型；建立船舶运动控制的多元评价目标函数；基于多元评价目标函数和船舶迭代预测模型，进行最优化计算，计算得到推进器的推力大小和推力方向的最优控制序列，根据最优控制序列，驱动推进器产生推力，使船舶保持在预设位置上。本发明建立了联合船舶动力学模型和推进器推力模型的船舶广义运动模型，通过滚动迭代，计算得到船舶迭代预测模型，还提出了多元评价目标函数，能够从控制误差、能量消耗和机械磨损的3个维度实现动力定位最优控制，使船舶保持在预设位置上。

主权项：1.一种联合船舶和推进器模型的动力定位预测控制方法，其特征在于，包括：构建船舶广义运动模型；船舶广义运动模型为： 其中，表示艏向位置向量，表示速度向量，表示环境载荷向量，表示船舶质量矩阵，表示船舶阻尼矩阵，表示单位矩阵，表示艏向位置向量的导数，表示速度向量的导数，表示推进器配置矩阵，表示船舶全部推进器的推力大小；根据船舶动力学模型和推进器推力模型，联立计算得到船舶广义运动模型；船舶动力学模型为： 其中，表示推进器推力向量；推进器推力模型为： 其中，，、……、分别表示第1、2、……、个推进器的推力角度，、……、分别表示第1、2、……、个推进器相对于船舶旋转中心的纵向位置，、……、分别表示第1、2、……、个推进器相对于船舶旋转中心的横向位置，，、……、分别表示第1、2、……、个推进器的推力大小；基于所述船舶广义运动模型，通过滚动迭代，计算得到船舶迭代预测模型；基于所述船舶广义运动模型，通过滚动迭代，计算得到船舶迭代预测模型的过程为：将所述船舶广义运动模型离散化，得到离散化船舶广义运动模型： 其中，表示船舶控制系统的一个控制周期，变量表示第个控制周期，变量表示第个控制周期；将所述离散化船舶广义运动模型记为状态空间形式，得到状态空间模型： 其中，表示状态向量，，表示系统矩阵，，表示输入矩阵，；对所述状态空间模型进行迭代预测，并采用状态空间形式表示，得到船舶迭代预测模型： 其中，表示状态向量序列，表示推进器配置矩阵序列，表示推进器推力大小向量序列，表示环境载荷向量序列，表示迭代步数；建立船舶运动控制的多元评价目标函数，所述多元评价目标函数包含控制误差、能量消耗和机械磨损，所述控制误差、能量消耗和机械磨损的权值根据船舶当前位置控制误差实时自动调整；所述多元评价目标函数为： 其中，表示控制误差的惩罚权值矩阵，表示能量消耗的惩罚权值矩阵，表示机械磨损的惩罚权值矩阵，表示的转置，表示的转置，表示推进器推力角度变化率向量序列，表示的转置；基于所述多元评价目标函数和船舶迭代预测模型，根据当前时刻的推进器的推力大小和推力方向，进行最优化计算，计算得到推进器的推力大小和推力方向的最优控制序列，根据最优控制序列，驱动推进器产生推力，使船舶保持在预设位置上。

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