CN110435813B - 一种基于动力定位***的手操杆调校方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于动力定位***的手操杆调校方法，其技术特点在于：包括以下步骤：步骤1、在动力定位手操杆使用前，需要进行手操杆的基础调校标定；步骤2、在动力定位手操杆使用前，需要进行手操杆的智能调校标定，并生成手操杆的定制化输入输出响应曲线；步骤3、在动力定位***工作时，实时进行手操杆的基础调校解算；步骤4、在动力定位***工作时，实时进行手操杆的智能调校解算，最终输出横向、纵向、艏向三维控制力。本发明通过智能调校设计，实现了手操杆输入输出特性的定制化设计，满足了动力定位***在不同舰船、不同作业任务中的操控需求，具有很高的实用价值。

Description

一种基于动力定位***的手操杆调校方法
技术领域
本发明属于船舶动力定位技术领域，尤其是一种船舶动力定位***的手操杆调校方法。
背景技术
随着人类对海洋的不断开发，传统的锚泊定位***已经无法满足深海水域的作业需求。而动力定位***能够利用船舶自身配备的推进器，抵御海上环境的干扰，实现船舶位置与艏向的保持，且其具有定位精度高、机动性强、不受海域深度限制等优点，是深海作业设备必备的保障装备之一。
动力定位***手操杆，是动力定位***最重要、最直接、使用最频繁的人机交互设备之一。操作人员通过移动手操杆，可以为动力定位***提供横向X、纵向Y、艏向N的3维位置输入(百分比)，该输入经过手操杆的基础调校和智能调校解算，可转化为控制器的3维推力指令(百分比)，再由控制器进行推力分配、反馈控制，最终使舰船按照预想指令实现位置和姿态控制。
手操杆调校，是保证手操杆输入准确性、灵活性的重要环节，其输入信息为手操杆的3轴原始位置(百分比)，其输出为全船推力指令(百分比)。手操杆调校包括手操杆基础调校、手操杆智能调校两部分。通过手操杆基础调校，可以修正手操杆输入的各种偏差，保证指令输入的可靠性、准确性；同时，通过手操杆智能调校，可以定制化手操杆的输入输出特性，得到不同场景的物理量响应输出，满足不同舰船、不同作业任务的操控需求。
经检索发现，公开号为CN105416550A，名称为“一种动力定位操纵面板交互***”的专利申请中，其操纵面板交互***包含了手操杆处理模块，但该专利申请仅对手操杆模块进行了硬件描述，没有阐述手操杆实现位置信息到推力信息的转换过程及算法，更没有涉及定制化输入输出特性的智能调校。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种船舶动力定位***的手操杆调校方法，能够消除动力定位***手操杆的机械偏差，并实现手操杆输入输出特性的定制化设计，满足不同舰船、不同作业任务的操控需求。
本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于动力定位***的手操杆调校方法，包括以下步骤：
步骤1、在动力定位手操杆使用前，需要进行手操杆的基础调校标定；
步骤2、在动力定位手操杆使用前，需要进行手操杆的智能调校标定，并生成手操杆的定制化输入输出响应曲线；
步骤3、在动力定位***工作时，实时进行手操杆的基础调校解算；
步骤4、在动力定位***工作时，实时进行手操杆的智能调校解算，最终输出横向、纵向、艏向三维控制力。
而且，所述步骤1的基础调校标定的项目，包括横向、纵向、艏向三个维度，每个维度涉及最小值、零位、最大值、死区四项项目，共计十二个标定数值，全部标定数值均采用百分比形式；
所述步骤1的具体步骤包括：
(1)将手操杆移动到其机械零位，记录此时获取到的原始位置信息，完成三轴零位调校的标定；
(2)移动手操杆达到其横向、纵向、艏向三个方向的正向最大位置，记录此时获取到的原始位置信息，再移动手操杆达到其横向、纵向、艏向三个方向的负向最大位置，记录此时获取到的原始位置信息；
(3)三轴死区调校的标定数值，在(0,10]进行自主设定。
而且，所述步骤2的具体步骤包括：
(1)建立手操杆输入输出直角坐标系，操作人员通过鼠标或触屏，在直角坐标系内输入两个换向点A(XA,YA)、B(XB,YB)；
(2)进行输入换向点的校验：(XA-XB)*(YA-YB)＞0，以此保证定制曲线的单调递增；
(3)根据原点O(0,0)、换向点A(XA,YA)、B(XB,YB)、终点E(100,100)四点坐标，求得OA、AB、BE直线方程，并计算线段OA、AB、BE的长度；
(4)取OA、AB长度小者的1/3，分别在线段OA、AB的近A端截取A1、A2两点，求得两者坐标；
(5)分别过A1、A2两点，做OA、AB的垂线，相交于一点O1，并求得其坐标；
(6)求得以O1为圆心、A1O1为半径的圆方程，即为弧线A1A2段的曲线方程；
(7)采用与上述(4)、(5)、(6)步相同的方法，求得以O2为圆心、O2B1为半径的圆方程，即为弧线B1B2段的曲线方程；
(8)由此可得到“直线段OA1-弧线A1A2-直线段A2B1-弧线B1B2-直线段B2E”分段曲线方程。
而且，所述步骤3的基础调校解算的具体步骤包括：
(1)比较当前手操杆原始位置与上一次手操杆原始位置，确定是否超出了死区阈值：超出阈值，即为有效输入；不超出阈值，则认为是手操杆在该方向未动作或仅有非人为的轻微抖动；
(2)比较当前手操杆原始位置与零位标定值，确定手操杆处于正半区还是负半区；
(3)插值计算，计算手操杆基础调校后的位置信息。
而且，所述步骤4的智能调校解算的具体步骤包括：
(1)获取基础调校后的位置信息；
(2)比较基础调校后的位置信息X与O、A1、A2、B1、B2、E各点横坐标：若0≤X≤X(A1)，将X带入直线段OA1方程，求得推力输出；若X(A1)＜X＜X(A2)，将X带入弧线A1A2方程，求得推力输出；若X(A2)≤X≤X(B1)，将X带入直线段A2B1方程，求得推力输出；若X(B1)＜X＜X(B2)，将X带入弧线B1B2方程，求得推力输出；若X(B2)≤X≤100，将X带入直线段B2E方程，求得推力输出。
本发明的优点和有益效果：
1、本发明的手操杆调校方法包含基础调校和智能调校两大模块：通过手操杆基础调校，解决了动力定位***手操杆的死区、零位漂移、极值漂移等问题，修正了手操杆输入的各种偏差，保证了指令输入的可靠性、准确性；通过智能调校设计，实现了手操杆输入输出特性的定制化设计，满足了动力定位***在不同舰船、不同作业任务中的操控需求，具有很高的实用价值。
2、本发明通过基础调校，消除了手操杆原始位置信息(百分比)潜在的零位漂移、极值漂移、死区抖动等误差，保证了指令输入的可靠性、准确性。
3、本发明通过智能调校，定制化了手操杆的输入输出特性，在不同舰船、不同作业任务情况下，可以快速调整手操杆的响应特性，满足不同工况的舰船操控需求。
附图说明
图1是本发明的处理流程图；
图2是本发明的手操杆定制化输入输出响应曲线生成示意图；
图3是本发明的步骤2的处理流程图；
图4是本发明的步骤3的处理流程图；
图5是本发明的动力定位***手操杆实物图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：
一种基于动力定位***的手操杆调校方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、在动力定位手操杆使用前，需要进行手操杆的基础调校标定；
在本实施例中，所述步骤1的基础调校标定的项目，包括横向、纵向、艏向三个维度，每个维度涉及最小值、零位、最大值、死区四项内容，共计十二个标定数值，全部标定数值均采用百分比形式。
所述步骤1的具体步骤包括：
(1)将手操杆移动到其机械零位(横向、纵向、艏向三个维度都要在其机械零位)，记录此时获取到的原始位置信息，完成三轴零位调校的标定。
(2)移动手操杆达到其横向、纵向、艏向三个方向的正向最大位置，记录此时获取到的原始位置信息，再移动手操杆达到其横向、纵向、艏向三个方向的负向最大位置，记录此时获取到的原始位置信息。
(3)三轴死区调校的标定数值，可以在(0,10]进行自主设定。
步骤2、在动力定位手操杆使用前，需要进行手操杆的智能调校标定，并生成手操杆的定制化输入输出响应曲线，如图2所示。
在本实施例中，如图3所示，所述步骤2的具体步骤包括：
(1)建立手操杆输入输出直角坐标系，操作人员通过鼠标或触屏，在直角坐标系内输入两个换向点A(XA,YA)、B(XB,YB)；
(2)进行输入换向点的校验：(XA-XB)*(YA-YB)＞0，以此保证定制曲线的单调递增；
(3)根据原点O(0,0)、换向点A(XA,YA)、B(XB,YB)、终点E(100,100)四点坐标，求得OA、AB、BE直线方程，并计算线段OA、AB、BE的长度；
(4)取OA、AB长度小者的1/3，分别在线段OA、AB的近A端截取A1、A2两点，求得两者坐标；
(5)分别过A1、A2两点，做OA、AB的垂线，相交于一点O1，并求得其坐标；
(6)求得以O1为圆心、A1O1为半径的圆方程，即为弧线A1A2段的曲线方程；
(7)采用与上述(4)、(5)、(6)步相同的方法，求得以O2为圆心、O2B1为半径的圆方程，即为弧线B1B2段的曲线方程；
(8)由此可得到“直线段OA1-弧线A1A2-直线段A2B1-弧线B1B2-直线段B2E”分段曲线方程。
需要指出的是，在定制化输入输出曲线的生成过程中，如果直线段OA与AB恰好共线(或者直线段AB与BE恰好共线)，那么就不用计算它们的过渡弧线A1A2(或弧线B1B2)了。
步骤3、在动力定位***工作时，实时进行手操杆的基础调校解算；
在本实施例中，所述步骤3的基础调校解算的具体步骤包括：
(1)比较当前手操杆原始位置(百分比)与上一次手操杆原始位置(百分比)，确定是否超出了死区阈值：超出阈值，即为有效输入；不超出阈值，则认为是手操杆在该方向未动作或仅有非人为的轻微抖动；
(2)比较当前手操杆原始位置与零位标定值，确定手操杆处于正半区还是负半区；
(3)插值计算，计算手操杆基础调校后的位置信息。
在本实施例中，以横向X轴数据解算为例，手操杆基础调校的解算步骤如图4所示。
步骤4、在动力定位***工作时，实时进行手操杆的智能调校解算，最终输出横向、纵向、艏向三维控制力。
在本实施例中，所述步骤4的智能调校解算的具体步骤包括：
(1)获取基础调校后的位置信息；
(2)比较基础调校后的位置信息X与O、A1、A2、B1、B2、E各点横坐标：若0≤X≤X(A1)，将X带入直线段OA1方程，求得推力输出；若X(A1)＜X＜X(A2)，将X带入弧线A1A2方程，求得推力输出；若X(A2)≤X≤X(B1)，将X带入直线段A2B1方程，求得推力输出；若X(B1)＜X＜X(B2)，将X带入弧线B1B2方程，求得推力输出；若X(B2)≤X≤100，将X带入直线段B2E方程，求得推力输出。
动力定位***手操杆，如图5所示，是动力定位***最重要、最直接、使用最频繁的人机交互设备之一。操作人员通过移动手操杆，可以为动力定位***提供横向X、纵向Y、艏向N的3维位置输入(百分比)，该输入经过手操杆的基础调校和智能调校解算，可转化为控制器的3维推力指令(百分比)，再由控制器进行推力分配、反馈控制，最终使舰船按照预想指令实现位置和姿态控制。
本发明的工作原理是：在手操杆使用前的标定环节，通过基础调校的标定环节，预存了手操杆极小值、零位、极大值、死区信息，通过智能调校的标定环节，定制化了手操杆的输入输出响应曲线；在手操杆工作时，基础调校解算以标定值为基础消除了零位、死区、极值偏差，保证了手操杆指令输入的可靠性、准确性，智能调校解算则根据定制化响应曲线，将手操杆的位置输入转换为推力输出，满足了不同工况的操船需求。
需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于动力定位***的手操杆调校方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、在动力定位手操杆使用前，需要进行手操杆的基础调校标定；
步骤2、在动力定位手操杆使用前，需要进行手操杆的智能调校标定，并生成手操杆的定制化输入输出响应曲线；
步骤3、在动力定位***工作时，实时进行手操杆的基础调校解算；
步骤4、在动力定位***工作时，实时进行手操杆的智能调校解算，最终输出横向、纵向、艏向三维控制力；
所述步骤2的具体步骤包括：
(1)建立手操杆输入输出直角坐标系，操作人员通过鼠标或触屏，在直角坐标系内输入两个换向点A(XA,YA)、B(XB,YB)；
(2)进行输入换向点的校验：(XA-XB)*(YA-YB)＞0，以此保证定制曲线的单调递增；
(3)根据原点O(0,0)、换向点A(XA,YA)、B(XB,YB)、终点E(100,100)四点坐标，求得OA、AB、BE直线方程，并计算线段OA、AB、BE的长度；
(4)取OA、AB长度小者的1/3，分别在线段OA、AB的近A端截取A1、A2两点，求得两者坐标；
(5)分别过A1、A2两点，做OA、AB的垂线，相交于一点O1，并求得其坐标；
(6)求得以O1为圆心、A1O1为半径的圆方程，即为弧线A1A2段的曲线方程；
(7)采用与上述(4)、(5)、(6)步相同的方法，求得以O2为圆心、O2B1为半径的圆方程，即为弧线B1B2段的曲线方程；
(8)由此可得到“直线段OA1-弧线A1A2-直线段A2B1-弧线B1B2-直线段B2E”分段曲线方程。
2.根据权利要求1所述的一种基于动力定位***的手操杆调校方法，其特征在于：所述步骤1的基础调校标定的项目，包括横向、纵向、艏向三个维度，每个维度涉及最小值、零位、最大值、死区四项项目，共计十二个标定数值，全部标定数值均采用百分比形式；
所述步骤1的具体步骤包括：
(1)将手操杆移动到其机械零位，记录此时获取到的原始位置信息，完成三轴零位调校的标定；
(2)移动手操杆达到其横向、纵向、艏向三个方向的正向最大位置，记录此时获取到的原始位置信息，再移动手操杆达到其横向、纵向、艏向三个方向的负向最大位置，记录此时获取到的原始位置信息；
(3)三轴死区调校的标定数值，在(0,10]进行自主设定。
3.根据权利要求1所述的一种基于动力定位***的手操杆调校方法，其特征在于：所述步骤3的基础调校解算的具体步骤包括：
(1)比较当前手操杆原始位置与上一次手操杆原始位置，确定是否超出了死区阈值：超出阈值，即为有效输入；不超出阈值，则认为是手操杆在该方向未动作或仅有非人为的轻微抖动；
(2)比较当前手操杆原始位置与零位标定值，确定手操杆处于正半区还是负半区；
(3)插值计算，计算手操杆基础调校后的位置信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于动力定位***的手操杆调校方法，其特征在于：所述步骤4的智能调校解算的具体步骤包括：
(1)获取基础调校后的位置信息；
(2)比较基础调校后的位置信息X与O、A1、A2、B1、B2、E各点横坐标：若0≤X≤X(A1)，将X带入直线段OA1方程，求得推力输出；若X(A1)＜X＜X(A2)，将X带入弧线A1A2方程，求得推力输出；若X(A2)≤X≤X(B1)，将X带入直线段A2B1方程，求得推力输出；若X(B1)＜X＜X(B2)，将X带入弧线B1B2方程，求得推力输出；若X(B2)≤X≤100，将X带入直线段B2E方程，求得推力输出。
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