[發(fā)明專利]一種智能船舶的非周期通訊遠(yuǎn)程觀測器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010139901.4
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111273671B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王丹;劉陸;阮明昊;李鐵山;彭周華;王浩亮
• 申請（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G01D21/02
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 涂文詩;鄧珂

本發(fā)明實(shí)施例公開了一種智能船舶的非周期通訊遠(yuǎn)程觀測器，其包括：船端事件觸發(fā)模塊、船端位置信息預(yù)測模塊、控制端位置信息預(yù)測模塊、控制端事件觸發(fā)模塊、位置觀測模塊、總擾動觀測模塊以及速度觀測模塊；其中，所述船端事件觸發(fā)模塊用于基于所預(yù)設(shè)的船端事件觸發(fā)機(jī)制，輸出上一觸發(fā)時(shí)刻執(zhí)行導(dǎo)通任務(wù)后所獲取的位置信息或當(dāng)前時(shí)刻船舶的實(shí)際位置信息；所述船端位置信息預(yù)測模塊用于輸出獲得的位置預(yù)測信息等。本發(fā)明既能提高傳感器與觀測器之間的通信效率，增加對船舶觀測的可靠性，又能減少采樣計(jì)算負(fù)擔(dān)和通信成本、降低對船舶運(yùn)動參數(shù)信息的依賴性，易于實(shí)現(xiàn)觀測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及船舶智能運(yùn)動控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能船舶的非周期通訊遠(yuǎn)程觀測器。

背景技術(shù)

21世紀(jì)被稱之為“海洋的世紀(jì)”，海洋因其豐富的生物資源和自然資源等成為重點(diǎn)研究的對象，人類往往通過自主智能船舶達(dá)到探索海洋、認(rèn)識海洋、利用海洋的目的。自主控制的智能船舶主要運(yùn)用于軍事領(lǐng)域，如協(xié)助完成情報(bào)收集、監(jiān)視偵察、警戒巡邏、掃雷反潛等戰(zhàn)術(shù)任務(wù)，同時(shí)在民用領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用，如執(zhí)行水體探測、海上搜救和海底打撈等。

現(xiàn)有基于智能船舶的控制方法已經(jīng)提出多種穩(wěn)定的觀測器，包括波濾波觀測器、高增益觀測器、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的觀測器、擴(kuò)張狀態(tài)觀測器。但是上述觀測器均存在一定的不足，如波濾波觀測器觀測依賴于船舶動力學(xué)無源性，需要知道模型的具體參數(shù)；如高增益觀測器能夠恢復(fù)未測量的速度，但不確定性和擾動是無法估計(jì)的如；基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的觀測器能夠同時(shí)估計(jì)不確定性和未測量狀態(tài)；擴(kuò)張狀態(tài)觀測器能夠同時(shí)估計(jì)未測量的速度和不確定性，同時(shí)降低調(diào)諧的復(fù)雜性。

然而從智能船舶控制觀測方面，擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的現(xiàn)有技術(shù)尚存在下列不足：

第一、在現(xiàn)有的基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器測量更新船舶位置和速度信息的方法中，觀測器通常會在固定的采樣周期對目標(biāo)信息進(jìn)行更新計(jì)算，然而很多時(shí)候測量結(jié)果不被需要，周期采樣增加了船舶與擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的無效通訊次數(shù)。多次通訊對硬件和軟件資源有限的船舶嵌入式系統(tǒng)而言，提高船舶通信和維護(hù)成本，增加處理器運(yùn)算負(fù)擔(dān)和故障出現(xiàn)次數(shù)，造成多余浪費(fèi)。

第二、在現(xiàn)有的基于事件觸發(fā)的擴(kuò)張狀態(tài)觀測器方法中，往往通過位置信息來更新通訊，依賴于位置觀測模塊，并且僅在船舶處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)減少不必要的觸發(fā)次數(shù)。然而當(dāng)面對位置信息不斷變化的動態(tài)船舶時(shí)，該方法的使用受到限制。

第三、現(xiàn)有的基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的擾動估計(jì)方法同時(shí)需要船舶的位置和速度信息，然而風(fēng)浪、洋流、以及模型參數(shù)不確定限制了對船舶速度信息的觀測，并且對速度信息的獲取過分依賴于傳感器的可靠性，當(dāng)速度傳感器受到擾動或者出現(xiàn)故障時(shí)，速度信息獲取會立即中斷。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，特提出了一種智能船舶的非周期通訊遠(yuǎn)程觀測器。

一種智能船舶的非周期通訊遠(yuǎn)程觀測器，其特征在于，包括：船端事件觸發(fā)模塊、船端位置信息預(yù)測模塊、控制端位置信息預(yù)測模塊、控制端事件觸發(fā)模塊、位置觀測模塊、總擾動觀測模塊以及速度觀測模塊；其中，所述船端事件觸發(fā)模塊與智能船舶、船端位置信息預(yù)測模塊相連接，用于基于所預(yù)設(shè)的船端事件觸發(fā)機(jī)制，輸出上一觸發(fā)時(shí)刻執(zhí)行導(dǎo)通任務(wù)后所獲取的位置信息或當(dāng)前時(shí)刻船舶的實(shí)際位置信息；所述船端位置信息預(yù)測模塊分別與所述船端事件觸發(fā)模塊、控制端位置信息預(yù)測模塊相連接，用于輸出獲得的船端預(yù)測位置信息；所述控制端位置信息預(yù)測模塊通過無線網(wǎng)絡(luò)與船端事件觸發(fā)模塊相連接，其用于輸出獲得的控制端位置預(yù)測信息；所述控制端事件觸發(fā)模塊分別與速度觀測模塊、船端位置信息預(yù)測模塊相連接，用于基于所預(yù)設(shè)的控制端事件觸發(fā)機(jī)制，輸出上一觸發(fā)時(shí)刻執(zhí)行導(dǎo)通任務(wù)后所獲取的速度信息或當(dāng)前時(shí)刻船舶的實(shí)際速度信息；所述位置觀測模塊與所述控制端位置信息預(yù)測模塊相連接，用于輸出ESO對船舶位置的觀測值；所述速度觀測模塊與所述控制端位置信息預(yù)測模塊相連接，用于輸出ESO對船舶速度的觀測值；所述總擾動觀測模塊與所述速度觀測模塊、位置觀測模塊相連接，用于獲取ESO對船舶總擾動的觀測值。