CN114194347B - 半潜式海洋平台的动力定位方法、装置、设备及介质 - Google Patents

半潜式海洋平台的动力定位方法、装置、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了半潜式海洋平台的动力定位方法、装置、设备及介质，方法包括：获取平台的实时位置；若实时位置与预设位置不同，利用第一力矩检测器检测外部受力力矩；计算每个推进器应产生的第一目标推力，控制推进器根据第一目标推力力矩产力，并检测实际推力力矩；若实际推力力矩与第一目标推力力矩不同，即推进器存在故障，获取每个推进器的故障情况；根据故障情况、外部受力力矩以及预设算式集合，重新计算每个推进器的推力，即第二目标推力力矩；控制每个推进器根据对应的第二目标推力力矩产生推力。本发明实施例提供通过第一力矩检测器直接测量平台的外部受力，保证了目标推力的准确性。

Description

半潜式海洋平台的动力定位方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明涉及航道控制领域，尤其涉及一种半潜式海洋平台的动力定位方法、装置、设备及介质。
背景技术
随着经济的发展，深海油气也成为可开采的重要资源之一，而半潜式海洋平台常作深海油气的开采。
基于半潜式海洋平台开采深海油气资源时，半潜式海洋平台受到风浪的外部环境干扰时，需控制半潜式海洋平台的推进器产生相应的反作用力以抵消外部环境干扰，并保证半潜式海洋平台稳定维持在目标位置。
但是，在控制推进器产生反作用力时，若推进器发生故障进而无法产生预期的反作用力时，则将对半潜式海洋平台稳定和资源开采带来一定的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种半潜式海洋平台的动力定位方法、装置、设备及介质，以改善推进器发生故障进而无法产生预期的反作用力时，将对半潜式海洋平台稳定和资源开采带来一定的影响的现状。
第一方面，本发明实施例提供一种半潜式海洋平台的动力定位方法，所述半潜式海洋平台中设置有第一力矩检测器、第二力矩检测器以及预设数量的推进器，所述方法包括：
获取所述半潜式海洋平台的实时位置；
若所述实时位置与预设位置不同，利用第一力矩检测器检测所述半潜式海洋平台的外部受力力矩；
根据所述外部受力力矩和预设算式集合，确定每个所述推进器对应的第一目标推力力矩；
控制每个所述推进器根据对应的第一目标推力力矩产生推力，并利用所述第二力矩检测器检测每个所述推进器的实际推力力矩；
若存在至少一个所述推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩不同，获取每个所述推进器的故障情况，其中，所述故障情况通过所述实际推力力矩和对应的第一目标推力力矩得到；
根据每个所述推进器的故障情况、外部受力力矩以及所述预设算式集合，计算每个所述推进器对应的第二目标推力力矩；
控制每个所述推进器根据对应的第二目标推力力矩进行推力，以使每个所述推进器的所述实际推力力矩与对应的所述第一目标推力力矩相同，且使所述实时位置与所述预设位置相同。
可选的，在本发明实施例提供的一种实施方式中，所述预设算式集合包括推力分配模型、动力定位模型以及虚拟观测器模型；
所述根据所述外部受力力矩和预设算式集合，确定每个所述推进器对应的第一目标推力力矩之前，所述方法包括：
基于每个所述推进器的位置，构建推力分配模型；
根据三自由度动力定位船舶建模原理，构建所述半潜式海洋平台对应的动力定位模型；
基于所述动力定位模型确定虚拟观测器模型，其中，所述虚拟观测器模型用于估计所述半潜式海洋平台的速度和位置；
利用预设神经网络模型更新所述虚拟观测器模型，以补偿所述虚拟观测器模型中的不确定度。
进一步，在本发明实施例提供的一种实施方式中，所述推力分配模型包括：
τ＝T(α)Kf
Figure BDA0003456578790000031
K＝diag(λ1，λ2，……，λr)
Figure BDA0003456578790000032
式中，τ表示控制率，用于确定每个所述推进器对应的第一目标推力力矩和对应的第二目标推力力矩；T(α)表示所述预设数量的推进器的配置矩阵；K表示所述预设数量的推进器的故障情况矩阵；f表示目标推力矩阵，所述目标推力矩阵表示每个所述推进器对应的第一目标推力力矩或对应的第二目标推力力矩；αi表示第i个推进器的方位角；lxi和lyi分别表示第i个推进器的横坐标和纵坐标；diag表示对角矩阵；λr表示每个所述推进器的故障情况，λr默认为1；fi1和fi分别表示第i个推进器的实际推力力矩和对应的第一目标推力力矩；
所述动力定位模型包括：
Figure BDA0003456578790000033
Figure BDA0003456578790000034
Figure BDA0003456578790000035
式中，M和D分别代表惯性矩阵和阻尼矩阵；
Figure BDA0003456578790000036
和η均表示所述半潜式海洋平台在地球坐标系中的位置；x和y分别表示所述半潜式海洋平台在地球坐标系中的横坐标和纵坐标；
Figure BDA0003456578790000037
表示所述半潜式海洋平台的艏向角度；v表示所述半潜式海洋平台的速度；
Figure BDA0003456578790000038
和
Figure BDA0003456578790000039
分别表示所述半潜式海洋平台在平台坐标系中的纵荡速度、横荡速度及艏摇速度；d表示所述外部受力力矩；
Figure BDA00034565787900000310
表示雅可比矩阵；
所述虚拟观测器模型包括：
Figure BDA0003456578790000041
Figure BDA0003456578790000042
Figure BDA0003456578790000043
y＝x
式中，
Figure BDA0003456578790000044
表示不确定度；H为所述虚拟观测器模型的增益向量；
Figure BDA0003456578790000045
表示所述半潜式海洋的估计位置和估计速度对应的估计向量；A表示估计量系数矩阵；a表示状态量系数矩阵；B表示估计输入量系数矩阵；b表示输入量矩阵；y表示所述半潜式海洋平台的位置和速度对应的向量。
更进一步的，在本发明实施例提供的一种实施方式中，所述若存在至少一个所述推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩不同，获取每个所述推进器的故障情况，包括：
若存在至少一个所述推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩不同，根据每个所述推进器的实际推力力矩和对应的第一目标推力力矩更新所述故障情况矩阵，得到所述推进器的故障情况。
更进一步的，在本发明实施例提供的一种实施方式中，所述预设神经网络模型包括径向基神经网络模型。
更进一步的，在本发明实施例提供的一种实施方式中，所述利用预设神经网络模型更新所述虚拟观测器模型之前，所述方法包括：
根据所述动力定位模型和所述虚拟观测器模型，确定所述预设神经网络模型的自适应度；
所述利用预设神经网络模型更新所述虚拟观测器模型，包括：
基于所述自适应度，利用预设神经网络模型更新所述虚拟观测器模型。
可选的，在本发明实施例提供的一种实施方式中，所述若存在至少一个所述推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩不同，获取每个所述推进器的故障情况之后，所述方法还包括：
记录每个所述推进器的故障情况。
第二方面，本发明实施例提供一种半潜式海洋平台的动力定位装置，所述半潜式海洋平台中设置有第一力矩检测器、第二力矩检测器以及预设数量的推进器，所述装置包括：
位置获取模块，用于获取所述半潜式海洋平台的实时位置；
受力检测模块，用于若所述实时位置与预设位置不同，利用第一力矩检测器检测所述半潜式海洋平台的外部受力力矩；
第一力矩计算模块，用于根据所述外部受力力矩和预设算式集合，确定每个所述推进器对应的第一目标推力力矩；
第一控制模块，用于控制每个所述推进器根据对应的第一目标推力力矩产生推力，并利用所述第二力矩检测器检测每个所述推进器的实际推力力矩；
故障检测模块，用于若存在至少一个所述推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩不同，获取每个所述推进器的故障情况，其中，所述故障情况通过所述实际推力力矩和对应的第一目标推力力矩得到；
第二力矩计算模块，用于根据每个所述推进器的故障情况、外部受力力矩以及所述预设算式集合，计算每个所述推进器对应的第二目标推力力矩；
第二控制模块，用于控制每个所述推进器根据对应的第二目标推力力矩进行推力，以使每个所述推进器的所述实际推力力矩与对应的所述第一目标推力力矩相同，且使所述实时位置与所述预设位置相同。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括存储器以及处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序在处理器上运行时执行如第一方面中任一种公开的半潜式海洋平台的动力定位方法。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序在处理器上运行时执行如第一方面中任一种公开的半潜式海洋平台的动力定位方法。
本发明实施例提供的半潜式海洋平台的动力定位方法，首先获取半潜式海洋平台的实时位置；接着，若实时位置与预设位置不同，利用第一力矩检测器检测半潜式海洋平台的外部受力力矩，即检测半潜式海洋平台的外部受力；然后，根据外部受力力矩和预设算式集合，计算每个推进器应产生的推力，即第一目标推力力矩；进而，控制每个推进器根据对应的第一目标推力力矩产生推力，并利用第二力矩检测器检测每个推进器的实际推力力矩，即检测每个推进器的实际推力是否与目标推力相同，以判断推进器是否故障；而若存在至少一个推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩不同，即推进器存在故障，获取每个推进器的故障情况，即确定推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩的差异；再然后，根据每个推进器的故障情况、外部受力力矩以及预设算式集合，重新计算每个推进器的推力，使每个推进器产生的推力与目标推力相同，即使实际推力力矩与第一目标推力力矩相同；最后，控制每个推进器根据对应的第二目标推力力矩进行推力，以使每个推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩相同，且使实时位置与预设位置相同，从而完成推进器的推力重新分配，并完成半潜式海洋平台的动力定位。
由此，本发明实施例提供通过第一力矩检测器直接测得了半潜式海洋平台的外部受力，保证了后续计算第一目标推力力矩和第二目标推力力矩的准确性；不仅如此，通过第一目标推力力矩和根据第二力矩检测器检测每个推进器得到的实际推力力矩，确定了每个推进器的故障情况，并根据故障情况进行了目标推力的重新计算，即推力的重新分配，使得半潜式海洋平台在推进器存在故障的情况下也能完成定位，保证了半潜式海洋平台的稳定和资源开采的平稳进行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本发明实施例提供的第一种半潜式海洋平台的动力定位方法的流程示意图；
图2示出了本发明实施例提供的第二种半潜式海洋平台的动力定位方法的流程示意图；
图3示出了本发明实施例提供的第三种半潜式海洋平台的动力定位方法的流程示意图；
图4示出了本发明实施例提供的半潜式海洋平台的动力定位装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，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。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
参照图1，图1示出了本发明实施例提供的第一种半潜式海洋平台的动力定位方法的流程示意图，本发明实施例提供的半潜式海洋平台的动力定位方法中，所述半潜式海洋平台中设置有第一力矩检测器、第二力矩检测器以及预设数量的推进器。
需理解的是，本发明实施例通过第一力矩检测器来检测半潜式海洋平台收到的外部环境干扰，即外部受力力矩。可以理解的是，力矩即量度力对物体产生转动效应的物理量，力矩越大，物体的转动效应越明显。
而对于半潜式海洋平台来说，半潜式海洋平台受到的外部环境干扰越大，则半潜式海洋平台位置和方向均可能将发生一定化，也即半潜式海洋平台可能发生转动。
因此，本发明实施例通过第一力矩检测器直接检测半潜式海洋平台的外部受力，即外部受力力矩，进而准确描述半潜式海洋平台收到的外部环境干扰，以使后续能通过外部受力力矩准确计算每个推进器的推力。
在一种可行方式中，所述第一力矩检测器包括惯性测量仪。
还需理解的是，本发明实施例还设置了第二力矩检测器，用于检测每个推进器的实际产生的推力，从而能有效确定每个推进器产生的推力是否能有效地消除外部环境的干扰，即确定所有推进器的合力是否能抵消外部受力。
基于此，本发明实施例提供的半潜式海洋平台的动力定位方法包括：
S110，获取所述半潜式海洋平台的实时位置。
在一种可行方式中，本发明实施例通过GPS(Global Positioning System，全球定位***)和安装在半潜式海洋平台中的电罗经来获取半潜式海洋平台的实时位置。
可以理解的是，通过何种器件和/或何种方法来获取半潜式海洋平台的实时位置是可根据实际情况设置的内容，本发明实施例不进行限定。
S120，若所述实时位置与预设位置不同，利用第一力矩检测器检测所述半潜式海洋平台的外部受力力矩。
也即，当实时位置与半潜式海洋平台的预期停留位置不同，或是与偏离预期轨迹时，将控制第一力矩检测器检测外部受力力矩，即确定半潜式海洋平台的外部受力。
可以理解的是，实时位置与预设位置不同即表示半潜式海洋平台的外部受力过大，导致半潜式海洋平台偏离了预期位置/轨迹，进而影响深海油气等资源的开采。因此，实时位置与预设位置不同时，需要检测半潜式海洋平台的外部受力，因而控制半潜式海洋平台的推进器产生能抵消外部受力的反作用力，以使半潜式海洋平台的实时位置与预设位置一致。
S130，根据所述外部受力力矩和预设算式集合，确定每个所述推进器对应的第一目标推力力矩。
也即，为抵消半潜式海洋平台的外部受力力矩，通过预设算式集合计算每个推进器的反作用力，即第一目标推力力矩。
可理解的是，根据半潜式海洋平台的外部受力计算每个推进器的方式可根据实际情况设置，也即预设算式集合可根据实际情况设置。
可选的，在本发明实施例提供的一种可行方式中，所述预设算式集合包括推力分配模型、动力定位模型以及虚拟观测器模型；
基于此，在S130之前，所述方法还包括：
基于每个所述推进器的位置，构建推力分配模型。
根据三自由度动力定位船舶建模原理，构建所述半潜式海洋平台对应的动力定位模型；
基于所述动力定位模型确定虚拟观测器模型，其中，所述虚拟观测器模型用于估计所述半潜式海洋平台的速度和位置；
利用预设神经网络模型更新所述虚拟观测器模型，以补偿所述虚拟观测器模型中的不确定度。
也即，本发明实施例通过推力分配模型、动力定位模型以及虚拟观测器模型，求解出了每个推进器的第一目标推力力矩。
需理解的是，在计算每个推进器的第一目标推力力矩时，除去考虑半潜式海洋平台的外部受力外，还需半潜式海洋平台的位置和速度。实时速度虽然能通过GPS和电罗经来获取，但精度难以保证，不能保证计算准确，且准确获取位置和速度的难度与成本均较高。因此，本发明实施例在此种实施方式下，通过虚拟观测器模型来估计半潜式海洋平台的速度和位置，以保证第一目标推力的计算准确。
但虚拟观测器模型的引入也将带来一定的计算误差和建模误差，且虚拟观测器模型还需考虑外部干扰。计算误差、建模误差以及外部干扰等因素的存在，将导致虚拟观测器模型输出的半潜式海洋平台的速度和位置存在一定误差，即使虚拟观测器模型存在不确定度，进而影响第一目标推力的计算。因此，本发明实施例通过预设神经网络模型来更新虚拟观测器模型，以补偿虚拟观测器模型中的不确定度。
进一步，在本发明实施例提供的一种实施方式中，所述推力分配模型包括：
τ＝T(α)Kf
Figure BDA0003456578790000111
K＝diag(λ1，λ2，……，λr)
Figure BDA0003456578790000112
式中，τ表示控制率，用于确定每个所述推进器对应的第一目标推力力矩和对应的第二目标推力力矩；T(α)表示所述预设数量的推进器的配置矩阵；K表示所述预设数量的推进器的故障情况矩阵；f表示目标推力矩阵，所述目标推力矩阵表示每个所述推进器对应的第一目标推力力矩或对应的第二目标推力力矩；αi表示第i个推进器的方位角；lxi和lyi分别表示第i个推进器的横坐标和纵坐标；diag表示对角矩阵；λr表示每个所述推进器的故障情况，λr默认为1；fi1和fi分别表示第i个推进器的实际推力力矩和对应的第一目标推力力矩；
所述动力定位模型包括：
Figure BDA0003456578790000113
Figure BDA0003456578790000114
Figure BDA0003456578790000115
式中，M和D分别代表惯性矩阵和阻尼矩阵；
Figure BDA0003456578790000116
和η均表示所述半潜式海洋平台在地球坐标系中的位置；x和y分别表示所述半潜式海洋平台在地球坐标系中的横坐标和纵坐标；
Figure BDA0003456578790000117
表示所述半潜式海洋平台的艏向角度；v表示所述半潜式海洋平台的速度；
Figure BDA0003456578790000118
和
Figure BDA0003456578790000119
分别表示所述半潜式海洋平台在平台坐标系中的纵荡速度、横荡速度及艏摇速度；d表示所述外部受力力矩；
Figure BDA00034565787900001110
表示雅可比矩阵；
所述虚拟观测器模型包括：
Figure BDA00034565787900001111
Figure BDA0003456578790000121
Figure BDA0003456578790000122
y＝x
式中，
Figure BDA0003456578790000123
表示不确定度；H为所述虚拟观测器模型的增益向量；
Figure BDA0003456578790000124
表示所述半潜式海洋的估计位置和估计速度对应的估计向量；A表示估计量系数矩阵；a表示状态量系数矩阵；B表示估计输入量系数矩阵；b表示输入量矩阵；y表示所述半潜式海洋平台的位置和速度对应的向量。
其中，增益向量H可表示为：
Figure BDA0003456578790000125
α1，α2>0
1>ε>0
为更好地说明本发明实施例提供的虚拟观测器模型，虚拟观测器模型的推导过程如下：
公式(1)，即动力定位模型中的
Figure BDA0003456578790000126
表示雅可比矩阵，而
Figure BDA0003456578790000127
的结构可通过公式(2)、公式(3)以及公式(4)来表示，即：
Figure BDA0003456578790000128
Figure BDA0003456578790000129
Figure BDA00034565787900001210
Figure BDA00034565787900001211
由于
Figure BDA00034565787900001212
对所有的
Figure BDA00034565787900001213
都是非奇异的，因此得到公式(5)，即：
Figure BDA00034565787900001214
由式(1)可知，v可以表示为：
Figure BDA0003456578790000131
对式(6)进行求导，可得：
Figure BDA0003456578790000132
联立式(1)和式(7)，整理得：
Figure BDA0003456578790000133
引入公式(9)和(10)：
Figure BDA0003456578790000134
Figure BDA0003456578790000135
进而，式(8)可以简化为：
Figure BDA0003456578790000136
取
Figure BDA0003456578790000137
令
Figure BDA0003456578790000138
将公式(11)转换为状态方程，即公式(12)：
Figure BDA0003456578790000139
可以理解的是，公式(1)中同样存在不确定度，因此将公式(12)转换为公式(13)，即：
Figure BDA00034565787900001310
a＝P-1Q,b＝P-1,c＝F
其中，F表示不确定度，且
Figure BDA00034565787900001311
Δ1和Δ2均表示参数不确定度。
为了有效的观测***的状态构建了适用于动力定位模型的ESO(Extended StateObserver，扩展状态观测器)，以考虑建模与外部干扰的不确定性，将式(13)转化为公式(14)，即：
Figure BDA00034565787900001312
Figure BDA0003456578790000141
构造基于动力定位模型的ESO结构形式的公式(15)，也即虚拟观测器模型。
Figure BDA0003456578790000142
根据公式(14)和(15)得到虚拟观测器模型对应的误差模型为：
Figure BDA0003456578790000143
Figure BDA0003456578790000144
其中，
Figure BDA0003456578790000145
表示估计误差。
更进一步的，在本发明实施例提供的一种实施方式中，所述预设神经网络模型包括径向基神经网络模型。
可以理解的是，径向基(Radial Basis Function，RBF)神经网络模型具有逼近效果好、训练简单高效、学习速度和收敛速度均较快以及能克服局部最优的优势，常用于逼近连续的函数。
也因此，此种实施方式下，本发明实施例利用径向基神经网络模型来逼近虚拟观测器模型中的不确定度，进而消除虚拟观测模型中的误差。
可选的，径向基神经网络模型的计算过程可参考以下公式：
Figure BDA0003456578790000146
F＝W*Th(x)+∈
Figure BDA0003456578790000147
式中，h(x)为hj的转置，h(x)代表径向基神经网络模型的激活函数；x表示径向基神经网络模型的输入；j为网络隐含层的节点；W*表示径向基神经网络模型的权值；∈表示径向基神经网络模型的逼近误差，|∈|<∈N，∈N表示一个极小的正常数；
Figure BDA0003456578790000148
为网络的输出值，即不确定度。
更进一步的，在本发明实施例提供的一种实施方式中，利用预设神经网络模型更新所述虚拟观测器模型，以补偿所述虚拟观测器模型中的不确定度之前，所述方法包括：
根据所述动力定位模型和所述虚拟观测器模型，确定所述预设神经网络模型的自适应度；
所述利用预设神经网络模型更新所述虚拟观测器模型，包括：
基于所述自适应度，利用预设神经网络模型更新所述虚拟观测器模型。
也即，根据动力定位模型和虚拟观测器模型设置相应的预设条件，即自适应度，进而使预设神经网络模型，即径向基神经网络模型的输出符合动力定位模型和虚拟观测器模型的数据特征。
S140，控制每个所述推进器根据对应的第一目标推力力矩产生推力，并利用所述第二力矩检测器检测每个所述推进器的实际推力力矩。
可以理解的是，在控制推进器产生抵消外部环境干扰的推力时，若推进器发生故障进而无法产生预期的反作用力，即实际推力力矩不为对应的第一目标推力力矩时，则将无法实现半潜式海洋平台的稳定。因此，本发明实施例在控制每个推进器产生推力的同时，还将控制第二力矩检测器检测每个推进器的实际推力力矩，以确定每个推进器的是否能产生对应的第一目标推力力矩。
S150，若存在至少一个所述推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩不同，获取每个所述推进器的故障情况，其中，所述故障情况通过所述实际推力力矩和对应的第一目标推力力矩得到。
可以理解的是，推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩不同，即表示推进器发生了故障。因此，此时需根据每个推进器的故障情况。
可选的，参考图2，图2示出了本发明实施例提供的第二种半潜式海洋平台的动力定位方法的流程示意图，即在本发明实施例提供的一种实施方式中，当推进器的故障情况通过推力分配模型中的λr描述时，S150包括：
S151，若存在至少一个所述推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩不同，根据每个所述推进器的实际推力力矩和对应的第一目标推力力矩更新所述故障情况矩阵，得到所述推进器的故障情况。
可以理解的是，在此种实施方式下，本发明实施例计算第一目标推力力矩时，故障情况矩阵K中的每个推进器的故障情况λr为1，即默认每个推进器的故障情况为无故障。
而在存在至少一个推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩不同时，则根据λr的计算公式，通过每个推进器的实际推力力矩和对应的第一目标推力力矩确定故障情况并更新故障情况矩阵K，从而得到每个推进器的故障情况。
S160，根据每个所述推进器的故障情况、外部受力力矩以及所述预设算式集合，计算每个所述推进器对应的第二目标推力力矩。
也即，在确定预设数量的推进器中存在故障的推进器时，将根据故障情况重新计算每个推进器对应的新的目标推力力矩，即第二目标推力力矩。需理解的是，计算第二目标推力力矩的目的是使每个推进器在基于第二目标推力力矩产生推力时，实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩相同，进而能与外部受力力矩相抵消。
S170，控制每个所述推进器根据对应的第二目标推力力矩进行推力，以使每个所述推进器的所述实际推力力矩与对应的所述第一目标推力力矩相同，且使所述实时位置与所述预设位置相同。
也即，重新计算出每个推进器的新的目标推力力矩后，控制每个推进器基于新的目标推力力矩产生推力。可以理解的是，新的目标推力力矩，即第二目标推力力矩的计算过程中考虑到了推进器故障情况，进而推进器基于第二目标推力力矩产生推力时，能保证推进器实际产生的推力，即实际推力力矩能与第一目标推力力矩相符合，从而使半潜式海洋平台的实时位置与预设位置相同。
由此，本发明实施例提供的半潜式海洋平台的动力定位方法，通过第一力矩检测器直接测得了半潜式海洋平台的外部受力，保证了后续计算第一目标推力力矩和第二目标推力力矩的准确性；不仅如此，通过第一目标推力力矩和根据第二力矩检测器检测每个推进器得到的实际推力力矩，确定了每个推进器的故障情况，并根据故障情况进行了目标推力的重新计算，即推力的重新分配，使得半潜式海洋平台在推进器存在故障的情况下也能完成定位，保证了半潜式海洋平台的稳定和资源开采的平稳进行。
可选的，参考图3，图3示出了本发明实施例提供的第三种半潜式海洋平台的动力定位方法的流程示意图，在S150之后，所述方法还包括：
S180，记录每个所述推进器的故障情况。
也即，将每个推进器的故障情况记录，进而在下一次半潜式海洋平台的实时位置与预设位置不同时，将直接通过记录好的每个推进器的故障情况来计算第一目标推力，以使半潜式海洋平台的快速稳定。
还需说明的是，本发明实施例仅要求S180在S150之后执行，也即S180可在S150之后的任意一个步骤的前后执行。
为更好地说明本发明实施例提供的半潜式海洋平台的动力定位方法，本发明实施例提供了利用预设算式集合中每个公式确定推进器的控制率τ的过程。
设位置指令，即半潜式海洋平台的需要移动到的目标位置为xd，定义跟踪误差z1并计算微分，得到公式(17)：
Figure BDA0003456578790000171
引入虚拟控制项z2，并定义
Figure BDA0003456578790000172
其中，c1为正常数。进而，
Figure BDA0003456578790000173
定义第一李雅普诺夫函数，即公式(18)：
Figure BDA0003456578790000174
对公式(18)求导，得到公式(19)：
V1＝z1z2-c1z1 2 (19)
设计滑模面公式，即公式(20)：
s＝k1z1+z2 (20)
k1>0
由于
Figure BDA0003456578790000181
进而公式(20)转变为公式(21)：
Figure BDA0003456578790000182
由于k1+c1>0，若s＝0，则z1＝0，z2＝0且
Figure BDA0003456578790000183
定义第二李雅普诺夫函数，即公式(22)：
Figure BDA0003456578790000184
进而：
Figure BDA0003456578790000185
其中：
Figure BDA0003456578790000186
需说明的是，
Figure BDA0003456578790000187
为F的估计值，F的估计误差
Figure BDA0003456578790000188
假设参数不确定部分及外加干扰的变化缓慢，取
Figure BDA0003456578790000189
进而，将公式(13)、公式(19)、公式(24)带入公式(23)，进而得到τ为：
Figure BDA00034565787900001810
与本发明实施例提供的半潜式海洋平台的动力定位方法相对应的，本发明实施例还提供一种半潜式海洋平台的动力定位装置，参照图4，图4示出了本发明实施例提供的半潜式海洋平台的动力定位装置的结构示意图，本发明实施例提供的半潜式海洋平台的动力定位装置200中的所述半潜式海洋平台中设置有第一力矩检测器、第二力矩检测器以及预设数量的推进器，所述装置包括：
位置获取模块210，用于获取所述半潜式海洋平台的实时位置；
受力检测模块220，用于若所述实时位置与预设位置不同，利用第一力矩检测器检测所述半潜式海洋平台的外部受力力矩；
第一力矩计算模块230，用于根据所述外部受力力矩和预设算式集合，确定每个所述推进器对应的第一目标推力力矩；
第一控制模块240，用于控制每个所述推进器根据对应的第一目标推力力矩产生推力，并利用所述第二力矩检测器检测每个所述推进器的实际推力力矩；
故障检测模块250，用于若存在至少一个所述推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩不同，获取每个所述推进器的故障情况，其中，所述故障情况通过所述实际推力力矩和对应的第一目标推力力矩得到；
第二力矩计算模块260，用于根据每个所述推进器的故障情况、外部受力力矩以及所述预设算式集合，计算每个所述推进器对应的第二目标推力力矩；
第二控制模块270，用于控制每个所述推进器根据对应的第二目标推力力矩进行推力，以使每个所述推进器的所述实际推力力矩与对应的所述第一目标推力力矩相同，且使所述实时位置与所述预设位置相同。
本申请实施例提供的半潜式海洋平台的动力定位装置200能够实现图1公开的方法实施例中半潜式海洋平台的动力定位方法的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器以及处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序在处理器上运行时执行如图1对应的方法实施例中公开的半潜式海洋平台的动力定位方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序在处理器上运行时执行如图1对应的方法实施例中公开的半潜式海洋平台的动力定位方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种半潜式海洋平台的动力定位方法，其特征在于，所述半潜式海洋平台中设置有第一力矩检测器、第二力矩检测器以及预设数量的推进器，所述方法包括：
获取所述半潜式海洋平台的实时位置；
若所述实时位置与预设位置不同，利用第一力矩检测器检测所述半潜式海洋平台的外部受力力矩；
根据所述外部受力力矩和预设算式集合，确定每个所述推进器对应的第一目标推力力矩；
控制每个所述推进器根据对应的第一目标推力力矩产生推力，并利用所述第二力矩检测器检测每个所述推进器的实际推力力矩；
若存在至少一个所述推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩不同，获取每个所述推进器的故障情况，其中，所述故障情况通过所述实际推力力矩和对应的第一目标推力力矩得到；
根据每个所述推进器的故障情况、外部受力力矩以及所述预设算式集合，计算每个所述推进器对应的第二目标推力力矩；
控制每个所述推进器根据对应的第二目标推力力矩进行推力，以使每个所述推进器的所述实际推力力矩与对应的所述第一目标推力力矩相同，且使所述实时位置与所述预设位置相同。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设算式集合包括推力分配模型、动力定位模型以及虚拟观测器模型；
所述根据所述外部受力力矩和预设算式集合，确定每个所述推进器对应的第一目标推力力矩之前，所述方法包括：
基于每个所述推进器的位置，构建推力分配模型；
根据三自由度动力定位船舶建模原理，构建所述半潜式海洋平台对应的动力定位模型；
基于所述动力定位模型确定虚拟观测器模型，其中，所述虚拟观测器模型用于估计所述半潜式海洋平台的速度和位置；
利用预设神经网络模型更新所述虚拟观测器模型，以补偿所述虚拟观测器模型中的不确定度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述若存在至少一个所述推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩不同，获取每个所述推进器的故障情况，包括：
若存在至少一个所述推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩不同，根据每个所述推进器的实际推力力矩和对应的第一目标推力力矩更新故障情况矩阵，得到所述推进器的故障情况，其中，所述故障情况矩阵用于表示每个所述推进器的故障情况。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设神经网络模型包括径向基神经网络模型。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用预设神经网络模型更新所述虚拟观测器模型之前，所述方法包括：
根据所述动力定位模型和所述虚拟观测器模型，确定所述预设神经网络模型的自适应度；
所述利用预设神经网络模型更新所述虚拟观测器模型，包括：
基于所述自适应度，利用预设神经网络模型更新所述虚拟观测器模型。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若存在至少一个所述推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩不同，获取每个所述推进器的故障情况之后，所述方法还包括：
记录每个所述推进器的故障情况。
7.一种半潜式海洋平台的动力定位装置，其特征在于，所述半潜式海洋平台中设置有第一力矩检测器、第二力矩检测器以及预设数量的推进器，所述装置包括：
位置获取模块，用于获取所述半潜式海洋平台的实时位置；
受力检测模块，用于若所述实时位置与预设位置不同，利用第一力矩检测器检测所述半潜式海洋平台的外部受力力矩；
第一力矩计算模块，用于根据所述外部受力力矩和预设算式集合，确定每个所述推进器对应的第一目标推力力矩；
第一控制模块，用于控制每个所述推进器根据对应的第一目标推力力矩产生推力，并利用所述第二力矩检测器检测每个所述推进器的实际推力力矩；
故障检测模块，用于若存在至少一个所述推进器的实际推力力矩与对应的第一目标推力力矩不同，获取每个所述推进器的故障情况，其中，所述故障情况通过所述实际推力力矩和对应的第一目标推力力矩得到；
第二力矩计算模块，用于根据每个所述推进器的故障情况、外部受力力矩以及所述预设算式集合，计算每个所述推进器对应的第二目标推力力矩；
第二控制模块，用于控制每个所述推进器根据对应的第二目标推力力矩进行推力，以使每个所述推进器的所述实际推力力矩与对应的所述第一目标推力力矩相同，且使所述实时位置与所述预设位置相同。
8.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器以及处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行如权利要求1-6任一项所述的半潜式海洋平台的动力定位方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行如权利要求1-6任一项所述的半潜式海洋平台的动力定位方法。
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