</a></a>PXI" title="PXI">PXI平臺(tái)(具備NMEA協(xié)議RS232和RS422串行接口)中的GPS、陀螺儀、風(fēng)速計(jì)、速度記錄和吃水傳感器來采集數(shù)據(jù)。采樣率的變化范圍從速度記錄的10 s到差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)(RTK)的10 Hz。PXI硬件還通過RS232串行接口、以75 Hz的頻率對慣性運(yùn)動(dòng)單元(IMU)進(jìn)行采樣。泥駁船的推進(jìn)器系統(tǒng)由3個(gè)推動(dòng)設(shè)備構(gòu)成，能夠從任意平面角度輸出大小可變的力。當(dāng)功率為2 100 kW時(shí)，推動(dòng)力為200 kN。
　　在解決方案中有2個(gè)CompactRIO系統(tǒng)，它們與NI PXI實(shí)時(shí)控制器以10 Hz頻率同步工作(中斷方式)。其中一個(gè)系統(tǒng)完成與SCHOTTEL橫向推力器的數(shù)字邏輯接口、狀態(tài)與方位角推力方向信號的采集、輸出命令信號、調(diào)整柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)門并按照方位角方向推力?？蛻舳?服務(wù)器TCP結(jié)構(gòu)采用觸摸屏顯示器進(jìn)行信號監(jiān)測和用戶輸入。借助LabVIEW，系統(tǒng)可以飛快地運(yùn)行。
　　控制總板包含了所有的指示器和按鈕，從而保證當(dāng)控制計(jì)算機(jī)和監(jiān)測管理計(jì)算機(jī)之間出現(xiàn)通信故障時(shí)， 系統(tǒng)仍然可以正常工作。另外，操作人員可使用操縱桿手動(dòng)控制泥駁船的位置和航向。將天線位置的GPS和DGPS的三維定位轉(zhuǎn)移到泥駁船中心，用來控制泥駁船的搖擺、傾斜和偏航角。泥駁船的位置在通用橫向墨卡托投影(UTM)坐標(biāo)中給出。風(fēng)速計(jì)測量相對速度和風(fēng)向，將其作為氣動(dòng)阻力模型的輸入，估算除去陣風(fēng)以外的平均風(fēng)力。
　　IMU記錄了泥駁船重心處主軸線的旋轉(zhuǎn)速率和加速度?？柭鼮V波器計(jì)算搖擺幅度和傾斜角，而陀螺儀則計(jì)算偏航角或者真實(shí)航向。使用加速度時(shí)間序列的頻域處理方法，提取高頻(HF)激增、搖擺和偏航運(yùn)動(dòng)。使用遞歸最小方差估計(jì)方法，根據(jù)搖擺角來計(jì)算因海浪所引起的泥駁船運(yùn)動(dòng)周期。使用推進(jìn)器設(shè)備中的方位角和螺旋槳精度傳感器來估計(jì)作用在泥駁船上的所有力和動(dòng)量。
　　SEADP中，泥駁船模型的SEADP遞歸估計(jì)的起點(diǎn)是所采取的吃水程序。在非線性狀態(tài)觀察器和LQR控制器中采用一種具體的泥駁船模型。
狀態(tài)觀察器和控制器
　　巨浪、風(fēng)和水流中的泥駁船運(yùn)動(dòng)是波浪頻率的運(yùn)動(dòng)(0.05 Hz～0.2 Hz)和由波浪沖擊所引起的低頻運(yùn)動(dòng)的疊加。實(shí)際上，由于波浪運(yùn)動(dòng)是由泥駁船的寬度力導(dǎo)致的，所以無法消除。因?yàn)檫@些頻率都落在推進(jìn)器設(shè)備的帶寬內(nèi)，所以必須充分地濾除波浪運(yùn)動(dòng)，以避免船體過度磨損。因此采用一種非線性狀態(tài)觀察器來濾除波浪運(yùn)動(dòng)。該狀態(tài)觀察器由泥駁船運(yùn)動(dòng)的低頻(LF)模型、推進(jìn)器系統(tǒng)響應(yīng)、波浪運(yùn)動(dòng)和環(huán)境干擾的隨機(jī)模型等構(gòu)成，從而可以獲得較平穩(wěn)的低頻運(yùn)動(dòng)和船速估計(jì)。
　　控制器則根據(jù)泥駁船的低頻運(yùn)動(dòng)、速度和目標(biāo)位置偏移，采用線性二次型調(diào)節(jié)(LQR)來計(jì)算力和動(dòng)量。反饋控制器將最小化位置偏移和功率/推進(jìn)力的加權(quán)積分。更進(jìn)一步，實(shí)時(shí)估計(jì)的風(fēng)力將前饋，以提高控制器的性能?？刂破魇謩?dòng)/自動(dòng)控制搖擺和偏航運(yùn)動(dòng)，并控制縱向力和橫向力。必須將動(dòng)量定位在多個(gè)不同推進(jìn)設(shè)備的回轉(zhuǎn)點(diǎn)上，而這在SEADP中由在線二次編程技術(shù)完成。
未來SEADP開發(fā)
   　將這項(xiàng)用于對開式泥駁船的技術(shù)應(yīng)用到針對居住泥駁船的DP-1系統(tǒng)中。居住泥駁船是一種停泊在海上平臺(tái)附近的水上酒店。與前面的結(jié)構(gòu)類似，NI PXI實(shí)時(shí)控制器從周圍采集環(huán)境數(shù)據(jù)，采用CompactRIO同步控制泥駁船的運(yùn)動(dòng)。為了在這種對時(shí)間要求比較嚴(yán)格的系統(tǒng)中分配好控制，增加了NI 9144 CompactRIO擴(kuò)展機(jī)箱，借助實(shí)時(shí)以太網(wǎng)與PXI控制器同步通信。遠(yuǎn)程I/O的高度決定性以及與LabVIEW實(shí)時(shí)軟件的緊密集成是向系統(tǒng)中增加NI 9144的主要原因。這種新型的分布式控制結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的可靠性與模塊性，同時(shí)降低了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜的整體成本。
　　SEADP解決了第一層(Class I)的DP要求，而推進(jìn)設(shè)備或控制器的任意故障都可能導(dǎo)致位置信息丟失。更高層Class II和Class III的要求則涉及到物理和邏輯方面的冗余，以及一些特殊的應(yīng)用特征，如在線單次故障后果分析。期望NI的硬件和軟件能夠克服這些挑戰(zhàn)。