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基于操纵的全推进vessels的动态推力分配

EmirCemGezerRogerSkjetne

DepartmentofMarineTechnology,NorwegianUniversityof

ScienceandTechnology,NO-7491Trondheim,Norway(e-mail:

[emir.cem.gezer,roger.skjetne]@ntnu.no).

摘要本文介绍了一种利用航海领域的操控问题解决完全驱动船舶的推力分配问题的新方

法。该方法使用控制李雅普诺夫函数来创建一个用于推进器力的非线性参考滤波器。该滤

波器确保了在输出推进器参考值中动态跟踪最优推力分配解并限制其速率。此外，它还使

用控制屏障函数来确保尊重推进器力饱和极限。该方法旨在实现简单性和有效性，并在海

洋船舶推力分配的实施中提供平滑和动态的推进器参考信号。

本

译Keywords:推力分配；控制分配；机动理论；动态定位；非线性控制；控制障碍函数；海洋

中工程

11.介绍个动力系统（不一定是船只）以完成几何任务和动态任

v

9务。在这个表述中，期望的路径被重新定义为状态空间

0大多数机动任务主要目标是引导物体沿期望路径移动；中的期望流形，并由向量流形参数进行参数化。因此，

3

8额外的目标，如机动过程中的速度和加速度，可能不是经典机动问题成为一种特殊情况；参见Skjetne(2005)，

1.必需的。解决机动目标有几种方法，其中最突出的是跟第3.5章。

7踪控制和路径跟随控制。跟踪控制器通过确保系统输出

0推力分配根据本文的应用，确定了推进器的参考输入以

5紧密跟踪描绘出预期轨迹的期望输出，

2确保在船舶上产生所需的控制负载。各种各样的海洋车

:强制物体沿着定义好的路径移动；而路径跟踪控制器则

v辆，如动态定位（DP）船、自主水下航行器（AUVs）和

i引导物体进入并沿预定义的时间独立路径行进，而不一

x遥控潜水器（ROVs），使用推力分配，每种应用的需求

r定考虑路径上的时间调度或速度分配(Fossen,2011)。

a各有不同。例如，ROVs通常只配备固定推进器，而DP

考虑到这一点，操控问题(Skjetne,2005)的制定旨在

船则使用固定推进器和方位推进器的组合，在计算方位

通过使用额外的路径参数来考虑次要目标，从而弥合

角时需要考虑许多因素以处理某些情况，如偏置模式和

跟踪和路径跟随控制之间的差距。它将操作分为两个

禁用区域。由于问题的本质，它经常被形式化为一个约

任务：一个几何任务和一个动态任务。在这里，几何

束优化问题。因此，数值优化方法中的方法，例如线性

任务的目标是迫使对象朝向期望的参数化路径，而动

规划（LP）、二次规划（QP）和序列二次规划（SQP）

态任务则专注于使用路径参数的操作细节。机动问题