本發(fā)明屬于自動控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于慣性測量的船舶用位置與速度雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

動力定位系統(tǒng)是一種閉環(huán)的控制系統(tǒng)，其采用推力器來提供抵抗風(fēng)、浪、流等作用在船上的環(huán)境力，從而使船盡可能地保持在海平面上要求的位置上，其定位成本不會隨著水深增加而增加，并且操作也比較方便。DP系統(tǒng)通過自身測量系統(tǒng)不斷的檢測船舶的實(shí)際位置、船艏向與目標(biāo)位置、艏向的偏差，再根據(jù)環(huán)境外力影響，通過其控制系統(tǒng)來計(jì)算分配推進(jìn)器的推力，使各個推進(jìn)器產(chǎn)生的推力，以便抵消船舶所受風(fēng)、浪、流等作用于船上的環(huán)境外力，從而使船舶保持在期望的固定位置上或著沿著預(yù)期的航跡航行?；贒P系統(tǒng)定位精度高、靈活性好、不受海深影響等特點(diǎn)，其可適用于多種海洋作業(yè)場合，比如：鉆井船、起重機(jī)船、科考船等。因此，在船舶動力定位系統(tǒng)中，需要設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)船舶位置與速度閉環(huán)控制的系統(tǒng)，以解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于慣性測量的船舶用位置與速度雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明為一種基于慣性測量的船舶用位置與速度雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括風(fēng)向風(fēng)速儀、電羅經(jīng)、DGPS模塊、姿態(tài)傳感器、慣性測量傳感器和DP控制器，其中風(fēng)向風(fēng)速儀連接有載荷計(jì)算模塊，所述電羅經(jīng)連接有船舶航向模塊，所述DGPS模塊連接有船舶位置模塊，載荷計(jì)算模塊、船舶航向模塊、船舶位置模塊、姿態(tài)傳感器和慣性測量傳感器均連接至DP控制器的輸入端，所述DP控制器的輸出端依次連接有推進(jìn)器、船舶。

進(jìn)一步地，所述風(fēng)向風(fēng)速儀用于測量風(fēng)速信號和風(fēng)向信號，繼而通過載荷計(jì)算模塊分析處理后傳至DP控制器；所述電羅經(jīng)用于提供船艏航向基準(zhǔn)信號，繼而通過船舶航向模塊傳至DP控制器；所述DGPS模塊用于提供船舶位置信號，繼而通過船舶位置模塊分析處理后傳至DP控制器；所述姿態(tài)傳感器用于檢測船舶的運(yùn)行姿態(tài)，繼而將其傳至DP控制器；所述慣性測量傳感器用于測量出船舶在各運(yùn)動方向的加速度并將其傳至DP控制器，然后由DP控制器計(jì)算得到船舶速度；DP控制器通過對風(fēng)速信號、風(fēng)向信號、船艏航向基準(zhǔn)信號、船舶位置信號、船舶運(yùn)行姿態(tài)和船舶加速度進(jìn)行綜合處理后，繼而控制船舶推進(jìn)器的推力以及船舶航向。

進(jìn)一步地，所述DP控制器為計(jì)算機(jī)或單片機(jī)或可編程邏輯控制器，所述姿態(tài)傳感器為三軸磁航向傳感器，所述慣性測量傳感器包括加速度計(jì)和陀螺儀。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明增設(shè)慣性測量傳感器，并采用位置與速度雙閉環(huán)控制時(shí)，慣性測量傳感器內(nèi)部集成高精度速度計(jì)，有利于測量出船舶在各運(yùn)動方向的加速度，基于計(jì)算得到船舶在各方向的速度，通過其控制系統(tǒng)來計(jì)算輸出控制推進(jìn)器的推力，實(shí)現(xiàn)速度和位置的雙閉環(huán)控制，速度負(fù)反饋為內(nèi)環(huán)，位置負(fù)反饋為外環(huán)，能夠準(zhǔn)確控制船舶的速度以及位置，更好的適應(yīng)不同的推進(jìn)器的特性，提高船舶導(dǎo)航定位的定位精度和實(shí)時(shí)性。

當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的一種基于慣性測量的船舶用位置與速度雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成框圖；

圖2為本發(fā)明的一種基于慣性測量的船舶用位置與速度雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1所示，本發(fā)明為一種基于慣性測量的船舶用位置與速度雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括風(fēng)向風(fēng)速儀、電羅經(jīng)、DGPS模塊、姿態(tài)傳感器、慣性測量傳感器和DP控制器，其中風(fēng)向風(fēng)速儀連接有載荷計(jì)算模塊，電羅經(jīng)連接有船舶航向模塊，DGPS模塊連接有船舶位置模塊，載荷計(jì)算模塊、船舶航向模塊、船舶位置模塊、姿態(tài)傳感器和慣性測量傳感器均連接至DP控制器的輸入端，DP控制器的輸出端依次連接有推進(jìn)器、船舶。

其中，風(fēng)向風(fēng)速儀用于測量風(fēng)速信號和風(fēng)向信號，繼而通過載荷計(jì)算模塊分析處理后傳至DP控制器；電羅經(jīng)用于提供船艏航向基準(zhǔn)信號，繼而通過船舶航向模塊傳至DP控制器；DGPS模塊用于提供船舶位置信號，繼而通過船舶位置模塊分析處理后傳至DP控制器；姿態(tài)傳感器用于檢測船舶的運(yùn)行姿態(tài)，繼而將其傳至DP控制器；慣性測量傳感器用于測量出船舶在各運(yùn)動方向的加速度并將其傳至DP控制器，然后由DP控制器計(jì)算得到船舶速度；DP控制器通過對風(fēng)速信號、風(fēng)向信號、船艏航向基準(zhǔn)信號、船舶位置信號、船舶運(yùn)行姿態(tài)和船舶加速度進(jìn)行綜合處理后，繼而控制船舶推進(jìn)器的推力以及船舶航向。

如圖1所示，其中DP控制器為計(jì)算機(jī)或單片機(jī)或可編程邏輯控制器，姿態(tài)傳感器為三軸磁航向傳感器，慣性測量傳感器包括加速度計(jì)和陀螺儀。

如圖2所示，該閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸入變量為船舶推力矢量，與船舶位置負(fù)反饋?zhàn)兞窟M(jìn)行比較后輸入至位置控制器，進(jìn)行位置控制；然后再與速度負(fù)反饋?zhàn)兞窟M(jìn)行比較后輸入至速度控制器，進(jìn)行速度的控制；接下來再經(jīng)推力矢量分配模塊輸入至推進(jìn)器，最終達(dá)到控制船舶行進(jìn)方向以及行進(jìn)速度的目的。

本實(shí)施例的一個具體應(yīng)用為：采用位置與速度雙閉環(huán)控制時(shí)，增加了慣性測量系統(tǒng)，慣性測量傳感器內(nèi)部集成高精度速度計(jì)，可以測量出船舶在各運(yùn)動方向的加速度，基于計(jì)算得到的船舶速度，通過其控制系統(tǒng)來計(jì)算輸出控制推進(jìn)器的推力，實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制，速度負(fù)反饋為內(nèi)環(huán)，位置負(fù)反饋為外環(huán)，能夠準(zhǔn)確控制船舶的速度，更好的適應(yīng)不同的推進(jìn)器的特性，提高系統(tǒng)的定位精度和實(shí)時(shí)性。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

最后需要說明的是，以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實(shí)施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實(shí)施方式。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。