[發明專利]船舶自動巡航模擬仿真方法及終端設備

在審

• 申請號: 201910198205.8
• 申請日: 2019-03-15
• 公開（公告）號: CN110083073A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 高嘉麗;鐘秋發;黃煦;曹心宇
• 申請（專利權）人: 中科恒運股份有限公司
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02;G06F17/50
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 米文智

1.一種船舶自動巡航模擬仿真方法，其特征在于，該方法包括：

通過引力勢函數構建虛擬勢能場，并將目標船舶置入所述虛擬勢能場；

通過所述虛擬勢能場進行仿真模擬，計算所述目標船舶在所述虛擬勢能場中的受到的引力和斥力；

根據所述目標船舶在所述虛擬勢能場中受到的引力和斥力，計算所述目標船舶的加速度；

根據所述目標船舶的加速度，在所述虛擬勢能場中通過預設的比例-積分-導數控制器對所述目標船舶進行控制，對所述目標船舶的巡航進行模擬仿真。

2.根據權利要求1所述的船舶自動巡航模擬仿真方法，其特征在于，所述虛擬勢能場中包含多個障礙物和多個船舶，所述目標船舶為所述多個船舶中的一個，該方法還包括：

在所述虛擬勢能場中，將所述目標船舶的巡航目標位置設置為最低勢能點，將所述多個障礙物的位置設置為最高勢能點。

3.根據權利要求2所述的船舶自動巡航模擬仿真方法，其特征在于，所述根據所述目標船舶在所述虛擬勢能場中受到的引力和斥力，計算所述目標船舶的加速度包括：

計算所述多個障礙物中每個障礙物的斥力勢能場梯度，得到所述多個障礙物中每個障礙物對所述目標船舶的斥力；

計算所述多個船舶中除所述目標船舶之外的每個船舶的斥力勢能場梯度，得到所述多個船舶中除所述目標船舶之外的每個船舶對所述目標船舶的斥力；

根據所述目標船舶所在位置的引力勢函數的梯度計算所述目標船舶在所述虛擬勢能場中受到的引力；

將所述目標船舶受到的所有斥力和引力進行合成，得到所述目標船舶的加速度。

4.根據權利要求1-3任一項所述的船舶自動巡航模擬仿真方法，其特征在于，所述比例-積分-導數控制器所對應的數學模型為：

式中，ψ為所述目標船舶的方位角，為所述目標船舶的方位角的角速度，為所述目標船舶的方位角的角加速度，T、K為預設的所述目標船舶的操縱性指數，δ為所述目標船舶的舵角。

5.根據權利要求1-3任一項所述的船舶自動巡航模擬仿真方法，其特征在于，所述比例-積分-導數控制器所對應的數學模型為：

式中，ψ為所述目標船舶的方位角，為所述目標船舶的方位角的角速度，為所述目標船舶的方位角的角加速度，T、K為預設的所述目標船舶的操縱性指數，δ為所述目標船舶的舵角，α為預設的非線性模型系數。

6.一種船舶自動巡航模擬仿真裝置，其特征在于，該裝置包括：虛擬勢能場構建單元、引力和斥力計算單元、目標船舶加速度計算單元和控制單元；

所述虛擬勢能場構建單元，用于通過引力勢函數構建虛擬勢能場，并將目標船舶置入所述虛擬勢能場；

所述引力和斥力計算單元，用于通過所述虛擬勢能場進行仿真模擬，計算所述目標船舶在所述虛擬勢能場中的受到的引力和斥力；

所述目標船舶加速度計算單元，用于根據所述目標船舶在所述虛擬勢能場中受到的引力和斥力，計算所述目標船舶的加速度；

所述控制單元，用于根據所述目標船舶的加速度，在所述虛擬勢能場中通過預設的比例-積分-導數控制器對所述目標船舶進行控制，對所述目標船舶的巡航進行模擬仿真。

7.根據權利要求6所述的船舶自動巡航模擬仿真裝置，其特征在于，所述虛擬勢能場中包含多個障礙物和多個船舶，所述目標船舶為所述多個船舶中的一個，所述虛擬勢能場構建單元還用于：

在所述虛擬勢能場中，將所述目標船舶的巡航目標位置設置為最低勢能點，將所述多個障礙物的位置設置為最高勢能點。