[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

技術領域

本發明涉及船舶控制工程與船舶自動化航行領域，尤其涉及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。

背景技術

目前已有的制導算法是從導彈射擊制導研究領域引入到船舶導航領域中，即我們通常所說的Line?of?sight(LOS)算法。它解決了間接航跡保持控制中利用航跡偏差和航向偏差計算船舶引導航向的問題，也是目前船載自動操舵儀中較為廣泛采用的算法，下面我們對制導算法做簡單的解釋和說明。

可變的LOS半徑和航路點切換邊界環是LOS算法中兩個重要的概念或變量。LOS算法的目的是演繹出航跡保持控制中完成控制任務需求的航向參考命令，即ψ_los(方位角)。利用現有的船舶航向保持控制器驅動轉舵執行裝置，使船舶航向跟蹤參考命令ψ_los，減小航跡偏差，最終實現船舶沿著計劃航線自動航行。圖1給出了LOS算法的基本制導原理圖。在航海實踐中，計劃航線通常由駕駛員通過設置航路點進行設計，如圖1中的(x_i-1,y_i-1),(x_i,y_i)和(x_i+1,y_i+1)。以當前船位(x,y)為中心，以LOS半徑R畫弧，在LOS半徑選取恰當的前提下能夠交計劃航線P_i-1P_i于點A_B和A_F。起始于當前船位(x,y)終止于點A_F的線段定義為LOS線，所對應的方位角即為ψ_los，可由式(1)計算且ψ_los∈<-π,π>。通常情況下R有3種取法：1)傳統LOS算法：R＝αL_pp，L_pp為船舶的兩柱間長。這種情況下必須要求α>1，否則船舶將繞著計劃航線頻繁轉圈；2)改進LOS算法：R＝d+L_pp，d為當前船位到計劃航向的投影距離，即航跡偏差。這樣選擇能夠保證R>d恒成立，保證LOS線始終存在；3)指數收斂LOS算法，如式(2)所示。其中，lambertw是函數f(x)＝xe^x的反函數，選取最小LOS半徑R_min＝1.7L_pp，系數b為指數收斂因子，b＝0.05。

ψlos=atan2(yAF-y,xAF-x)---(1)]]>