[發明專利]一種基于動態虛擬小船制導算法的欠驅動船舶路徑跟蹤規劃方法

有效

• 申請號: 201410268176.5
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104020771B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 張國慶;張顯庫;尹勇;金一丞;龐洪帥
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 姜玉蓉,李洪福

1.一種基于動態虛擬小船制導算法的欠驅動船舶路徑跟蹤規劃方法，其特征在于包括以下步驟：

S1：設定航路點信息W₁,W₂,…，W_n，建立導引虛擬小船數學模型，設定航行速度u_r，根據導引虛擬小船數學模型采用制導算法規劃出船舶跟蹤控制參考路徑，獲取導引虛擬小船產生參考路徑的命令時間序列信號；

S2：進入路徑跟蹤控制狀態：根據S1中獲取的導引虛擬小船產生參考路徑的命令時間序列信號，利用導引虛擬小船數學模型實時獲取導引虛擬小船的船舶位置和運動姿態；

S3：根據實際船舶與導引虛擬小船的相對位置動態配置動態虛擬小船的船舶位置和運動姿態；

S4：根據魯棒自適應控制策略設計控制律即實船的主機轉速n_c和舵角命令信號δ_c，控制實船主機和舵機執行裝置，驅動控制實船跟蹤動態虛擬小船，最終實現船舶在航海實踐中的路徑跟蹤控制任務；

S5：測量實際船舶位置判斷是否到達目的地，如果“是”，結束船舶航行；如果“否”，時間更新t＝t+1并進入S2。

2.根據權利要求1所述的一種基于動態虛擬小船制導算法的欠驅動船舶路徑跟蹤規劃方法，其特征還在于：S1中：導引虛擬小船數學模型采用如下公式(4)表示：

x·r=urcos(ψr)y·r=ursin(ψr)ψr·=rr---(4)]]>

其中：W_i為計劃航路點、對應的坐標值用(x_i?y_i)表示；(x_r?y_r)和ψ_r分別為導引虛擬小船的位置坐標和艏向角，u_r和r_r分別為導引虛擬小船前進速度命令信號和轉首角速率命令信號；

當參考路徑為直線時：u_r＝constant,r_rLi＝0,t_rLi＝distance/u_r，(i＝1,2,…n-1)，distance代表直線段航線的長度，其中：r_rLi和t_rLi為參考路徑為直線時導引虛擬小船的命令信號及對應的時間序列；

當參考路徑為曲線時：將轉向點部分過渡曲線作為圓弧計算，r_rCi為非零常量，利用如下公式(5)求每一段直線航線的方位角φ_i-1,i和φ_i,i+1，轉向偏差Δφ_i＝φ_i,i+1-φ_i-1,i其中：Δφ_i∈(0,π/2]，轉向半徑R_i通過內插求取，R_i∈[R_min,R_max]，當Δφ_i>π/2，R_i＝R_min；則當參考路徑為光滑曲線時，u_r＝constant,r_rCi＝u_r/R_i,t_rCi＝Δφ_i/r_rCi,(i＝2,3,…n-1)；

φi-1,i=arctan(yi-yi-1xi-xi-1)---(5)]]>

其中：φ_i-1,i為直線航線W_i-1W_i的方位角，r_rCi和t_rCi為參考路徑為曲線時導引虛擬小船的命令信號及對應的時間序列。