[發明專利]一種不依賴艏向信號的船舶自動操縱系統及方法

在審

• 申請號: 201910098232.8
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109709877A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 周崗;宰德廣;陳永冰;李文魁;李晨;張智穎
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍;王亞萍

本發明公開了一種不依賴艏向信號的船舶自動操縱系統及方法。它采集船位信息、指令舵角、實際舵角、船體回轉角速度及設定的跡向線和航線數據，根據船位信息和船體回轉角速度獲得最優航跡向狀態量，根據最優航跡向狀態量、船位信息、指令舵角、實際舵角及設定的跡向線和航線得到轉舵指令信號并驅動舵葉轉動實現船舶的自動操縱控制。本發明實現了艏向信號缺失條件下的船舶自動操縱控制，降低了人工作業強度，大大提高了經濟效益及船舶航行的安全性。

技術領域

本發明屬于船舶操縱控制技術領域，是針對船舶航行過程中艏向信號缺失的情況而提出的一種解決方法，具體涉及一種不依賴艏向信號的船舶自動操縱系統及方法。

背景技術

船舶自動操縱控制現已成為船舶操縱控制的主要方式，其基本原理是在自動舵裝備中利用各種導航設備傳送來的船舶運動信息，通過相應的控制算法給出操舵控制信號，控制舵機適當轉舵，進而使船舶按需要的航行計劃航行，例如自動保持在給定的航向上航行即航向控制、自動沿著設定的航線航行即航跡控制等。其中船舶運動信息主要包括舵角信息、艏向信息和位置信息。而在自動控制時無論是航向控制還是航跡控制，都需要獲得船舶的實際艏向信息，艏向信號的缺失會導致自動舵設備癱瘓，無法實現船舶的自動操縱控制。

在船舶航行過程中，自動舵設備中艏向信號的缺失是一種常見的故障情況。比如船上羅經等設備出現故障時，船舶操縱就會獲取不到艏向信息；再比如一些近海作業的小型民用船舶從經濟成本和作業海域考慮，在船舶建造時沒有配備羅經設備，也就不會有艏向信號。船舶依靠現有的自動舵設備，在艏向信號缺失的情況下均無法完成自動操縱。

由于GPS和北斗等導航定位系統的成本較低，如今已經開始廣泛應用于航海領域，幾乎所有船舶都已經裝配了導航定位系統。對于一些沒有配備羅經等設備的小型漁船而言，其出海時雖然無法獲取實際艏向信號，但駕駛人員能依靠航行經驗，通過人工操控的方法，根據GPS獲得每一時刻的船舶位置信息以及船位偏離航線的大小，通過適當轉舵調整船的前進方向，可使船舶大致按計劃航線航行。

但是上述操縱方式會明顯增加人工作業的強度，而且由于人工控制的不精確性將使航程顯著增加，油耗增多，通常只適合小型船舶在近海作業，不適合遠距離的出海航行。目前很多漁船為提高經濟效益，期望去遠海水域進行捕漁作業，那么這種沒有裝配羅經設備的小型漁船，僅靠人工操縱的方式是無法實現遠海航行的。當前一些大型貨船的船舶自動化程度越來越高，船員數量越來越少，在船舶艏向信號缺失以后，自動舵設備癱瘓無法實現船舶自動操縱，只能依靠人工操縱的方式操控船舶，因為船員較少，將顯著增大勞動作業強度，無法保證船舶操縱的精確性和安全性。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述背景技術存在的不足，提供一種不依賴艏向信號的船舶自動操縱系統及方法，實現船舶在艏向信號缺失以后還能較精準地沿設定航線航行，減少無用的航行路程，使得油耗降低，航行效益和安全性大大提高。

本發明采用的技術方案是：一種不依賴艏向信號的船舶自動操縱系統，包括

舵輪，用于輸出指令舵角至控制單元；

定位模塊，用于獲得實時船位信息并輸出至控制單元；

舵角反饋單元，用于實時檢測船體實際舵角和船體回轉角速度并發送至控制單元；

控制單元，用于根據接收的船位信息和船體回轉角速度確定最優航跡向狀態量，用于根據最優航跡向狀態量、船位信息、指令舵角、實際舵角及設定的跡向線和航線得到轉舵指令信號并輸出至液壓舵機；

液壓舵機，用于根據接收的轉舵指令信號驅動舵葉轉動完成船舶操縱控制。