CN106647900A - 一种基于惯性测量的船舶用位置与速度双闭环控制*** - Google Patents

一种基于惯性测量的船舶用位置与速度双闭环控制*** Download PDF

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周皓
李庆红
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D27/00—Simultaneous control of variables covered by two or more of main groups G05D1/00 - G05D25/00
    • G05D27/02—Simultaneous control of variables covered by two or more of main groups G05D1/00 - G05D25/00 characterised by the use of electric means

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Abstract

本发明公开了一种基于惯性测量的船舶用位置与速度双闭环控制***，包括风向风速仪、电罗经、DGPS模块、姿态传感器、惯性测量传感器和DP控制器，其中风向风速仪连接有载荷计算模块，电罗经连接有船舶航向模块，DGPS模块连接有船舶位置模块，载荷计算模块、船舶航向模块、船舶位置模块、姿态传感器和惯性测量传感器均连接至DP控制器的输入端，DP控制器的输出端依次连接有推进器、船舶。本发明增设惯性测量传感器，并采用位置与速度双闭环控制时，惯性测量传感器内部集成高精度速度计，有利于测量出船舶在各运动方向的加速度，基于计算得到船舶在各方向的速度，提高了船舶导航定位的定位精度和实时性。

Description

一种基于惯性测量的船舶用位置与速度双闭环控制***
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，特别是涉及一种基于惯性测量的船舶用位置与速度双闭环控制***。
背景技术
动力定位***是一种闭环的控制***，其采用推力器来提供抵抗风、浪、流等作用在船上的环境力，从而使船尽可能地保持在海平面上要求的位置上，其定位成本不会随着水深增加而增加，并且操作也比较方便。DP***通过自身测量***不断的检测船舶的实际位置、船艏向与目标位置、艏向的偏差，再根据环境外力影响，通过其控制***来计算分配推进器的推力，使各个推进器产生的推力，以便抵消船舶所受风、浪、流等作用于船上的环境外力，从而使船舶保持在期望的固定位置上或着沿着预期的航迹航行。基于DP***定位精度高、灵活性好、不受海深影响等特点，其可适用于多种海洋作业场合，比如：钻井船、起重机船、科考船等。因此，在船舶动力定位***中，需要设计一种能够实现船舶位置与速度闭环控制的***，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于惯性测量的船舶用位置与速度双闭环控制***，通过该***的应用，解决了现有技术中的缺陷和问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种基于惯性测量的船舶用位置与速度双闭环控制***，包括风向风速仪、电罗经、DGPS模块、姿态传感器、惯性测量传感器和DP控制器，其中风向风速仪连接有载荷计算模块，所述电罗经连接有船舶航向模块，所述DGPS模块连接有船舶位置模块，载荷计算模块、船舶航向模块、船舶位置模块、姿态传感器和惯性测量传感器均连接至DP控制器的输入端，所述DP控制器的输出端依次连接有推进器、船舶。
进一步地，所述风向风速仪用于测量风速信号和风向信号，继而通过载荷计算模块分析处理后传至DP控制器；所述电罗经用于提供船艏航向基准信号，继而通过船舶航向模块传至DP控制器；所述DGPS模块用于提供船舶位置信号，继而通过船舶位置模块分析处理后传至DP控制器；所述姿态传感器用于检测船舶的运行姿态，继而将其传至DP控制器；所述惯性测量传感器用于测量出船舶在各运动方向的加速度并将其传至DP控制器，然后由DP控制器计算得到船舶速度；DP控制器通过对风速信号、风向信号、船艏航向基准信号、船舶位置信号、船舶运行姿态和船舶加速度进行综合处理后，继而控制船舶推进器的推力以及船舶航向。
进一步地，所述DP控制器为计算机或单片机或可编程逻辑控制器，所述姿态传感器为三轴磁航向传感器，所述惯性测量传感器包括加速度计和陀螺仪。
本发明具有以下有益效果：
本发明增设惯性测量传感器，并采用位置与速度双闭环控制时，惯性测量传感器内部集成高精度速度计，有利于测量出船舶在各运动方向的加速度，基于计算得到船舶在各方向的速度，通过其控制***来计算输出控制推进器的推力，实现速度和位置的双闭环控制，速度负反馈为内环，位置负反馈为外环，能够准确控制船舶的速度以及位置，更好的适应不同的推进器的特性，提高船舶导航定位的定位精度和实时性。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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。
图1为本发明的一种基于惯性测量的船舶用位置与速度双闭环控制***的组成框图；
图2为本发明的一种基于惯性测量的船舶用位置与速度双闭环控制***的原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种基于惯性测量的船舶用位置与速度双闭环控制***，包括风向风速仪、电罗经、DGPS模块、姿态传感器、惯性测量传感器和DP控制器，其中风向风速仪连接有载荷计算模块，电罗经连接有船舶航向模块，DGPS模块连接有船舶位置模块，载荷计算模块、船舶航向模块、船舶位置模块、姿态传感器和惯性测量传感器均连接至DP控制器的输入端，DP控制器的输出端依次连接有推进器、船舶。
其中，风向风速仪用于测量风速信号和风向信号，继而通过载荷计算模块分析处理后传至DP控制器；电罗经用于提供船艏航向基准信号，继而通过船舶航向模块传至DP控制器；DGPS模块用于提供船舶位置信号，继而通过船舶位置模块分析处理后传至DP控制器；姿态传感器用于检测船舶的运行姿态，继而将其传至DP控制器；惯性测量传感器用于测量出船舶在各运动方向的加速度并将其传至DP控制器，然后由DP控制器计算得到船舶速度；DP控制器通过对风速信号、风向信号、船艏航向基准信号、船舶位置信号、船舶运行姿态和船舶加速度进行综合处理后，继而控制船舶推进器的推力以及船舶航向。
如图1所示，其中DP控制器为计算机或单片机或可编程逻辑控制器，姿态传感器为三轴磁航向传感器，惯性测量传感器包括加速度计和陀螺仪。
如图2所示，该闭环控制***的输入变量为船舶推力矢量，与船舶位置负反馈变量进行比较后输入至位置控制器，进行位置控制；然后再与速度负反馈变量进行比较后输入至速度控制器，进行速度的控制；接下来再经推力矢量分配模块输入至推进器，最终达到控制船舶行进方向以及行进速度的目的。
本实施例的一个具体应用为：采用位置与速度双闭环控制时，增加了惯性测量***，惯性测量传感器内部集成高精度速度计，可以测量出船舶在各运动方向的加速度，基于计算得到的船舶速度，通过其控制***来计算输出控制推进器的推力，实现速度闭环控制，速度负反馈为内环，位置负反馈为外环，能够准确控制船舶的速度，更好的适应不同的推进器的特性，提高***的定位精度和实时性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
最后需要说明的是，以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (3)

1.一种基于惯性测量的船舶用位置与速度双闭环控制***，其特征在于：包括风向风速仪、电罗经、DGPS模块、姿态传感器、惯性测量传感器和DP控制器，其中风向风速仪连接有载荷计算模块，所述电罗经连接有船舶航向模块，所述DGPS模块连接有船舶位置模块，所述载荷计算模块、船舶航向模块、船舶位置模块、姿态传感器和惯性测量传感器均连接至DP控制器的输入端，所述DP控制器的输出端依次连接有推进器、船舶。
2.根据权利要求1所述的一种基于惯性测量的船舶用位置与速度双闭环控制***，其特征在于：所述风向风速仪用于测量风速信号和风向信号，继而通过载荷计算模块分析处理后传至DP控制器；所述电罗经用于提供船艏航向基准信号，继而通过船舶航向模块传至DP控制器；所述DGPS模块用于提供船舶位置信号，继而通过船舶位置模块分析处理后传至DP控制器；所述姿态传感器用于检测船舶的运行姿态，继而将其传至DP控制器；所述惯性测量传感器用于测量出船舶在各运动方向的加速度并将其传至DP控制器。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于惯性测量的船舶用位置与速度双闭环控制***，其特征在于：所述DP控制器为计算机或单片机或可编程逻辑控制器，所述姿态传感器为三轴磁航向传感器，所述惯性测量传感器包括加速度计和陀螺仪。
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