[發(fā)明專利]一種無人船位置的模擬推算方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011299674.8 | 申請日： | 2020-11-18 |
| 公開（公告）號： | CN112379671A | 公開（公告）日： | 2021-02-19 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 劉夢佳;邵宇平;劉之佳;楊詠林;葉艷軍 | 申請（專利權(quán)）人： | 四方智能（武漢）控制技術(shù)有限公司;北京四方繼保自動化股份有限公司 |
| 主分類號： | G05D1/02 | 分類號： | G05D1/02 |
| 代理公司： | 北京易捷勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11613 | 代理人： | 齊勝杰 |
| 地址： | 430017 湖北省武漢市江*** | 國省代碼： | 湖北;42 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 無人 船位 模擬 推算 方法 | ||
1.一種無人船位置的模擬推算方法，其特征在于，包括如下步驟：
S1：基于每個無人船推進器對無人船的控制命令信息，獲取每個無人船推進器的推力大小和推力方向；
S2：基于每個無人船推進器的推力大小和推力方向，獲取無人船推進器對無人船的總推力；
S3：基于無人船的模型參數(shù)和無人船相對于水流的速度，獲取無人船的水動力；
S4：基于無人船推進器對無人船的總推力和無人船的水動力，獲取無人船的位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬推算方法，其特征在于，所述控制命令信息包括每個無人船推進器對無人船的期望推力值、期望推力方向、最大推力值、最大推力方向、最小推力值和最小推力方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬推算方法，其特征在于，每個所述無人船推進器的推力大小為Ti，且其中：Tiexp為第i個無人船推進器的期望推力值，Timax為第i個無人船推進器的最大推力值，Timin為第i個無人船推進器的最小推力值；
每個所述無人船推進器的推力方向為qi，
且其中：qiexp為第i個無人船推進器的期望推力方向，qimax為第i個無人船推進器的最大推力方向，qimin為第i個無人船推進器的最小推力方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模擬推算方法，其特征在于，基于每個無人船推進器的推力大小和推力方向，獲取無人船推進器對無人船的總推力包括如下步驟：
S21：基于每個無人船推進器的推力大小和推力方向計算每個無人船推進器對無人船的推力，且無人船推進器對無人船的推力包括縱向推力、橫向推力和艏向推力力矩，具體為：Xi＝Ti×cos(qi),Yi＝-Ti×sin(qi),Ni＝-Xi×lyi-Yi×lxi，其中：Xi為第i個無人船推進器對無人船的縱向推力，Yi為第i個無人船推進器對無人船的橫向推力，Ni為無人船推進器對無人船的艏向推力力矩，lxi為無人船推進器的縱向力臂，lyi為無人船的橫向力臂；
S22：基于每個無人船推進器對無人船的推力，計算無人船推進器對無人船的總推力，且無人船推進器對無人船的總推力包括縱向總推力、橫向總推力和艏向總推力力矩，具體為：其中：XP表示縱向總推力，YP表示橫向總推力，NP表示艏向總推力力矩，n表示無人船推進器的數(shù)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬推算方法，其特征在于，無人船的水動力包括慣性水動力和粘性水動力，且基于無人船的模型參數(shù)和無人船相對于水流的速度，獲取無人船的水動力包括如下步驟：
S31：基于無人船的模型參數(shù)計算慣性水動力，且慣性水動力包括縱向附加質(zhì)量mx、橫向附加質(zhì)量my和附加慣性矩Izz、Jzz，且縱向附加質(zhì)量mx、橫向附加質(zhì)量my和附加慣性矩Izz、Jzz利用船舶分離型運動模型計算得到；
S32：基于無人船的模型參數(shù)和無人船相對于水流的速度計算粘性水動力，且粘性水動力包括無人船的縱向力矩XH、橫向力矩YH和艏向力矩NH，且縱向力矩XH、橫向力矩YH和艏向力矩NH利用井上模型進行水動力計算得到。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的模擬推算方法，其特征在于，基于無人船推進器對無人船的總推力和無人船的水動力，獲取無人船的位置信息包括如下步驟：
S41：基于無人船推進器對無人船的總推力、無人船的慣性水動力和無人船的粘性水動力計算無人船的加速度，具體為：
其中：m、mx、my分別表示船舶的質(zhì)量、縱向附加質(zhì)量和橫向附加質(zhì)量；分別表示無人船的縱向加速度、橫向加速度和艏向加速度；ur、υr表示無人船相對于水流的縱向速度和橫向速度；uc、υc表示船體坐標(biāo)系下的流速分量；r表示無人船的艏向速度；XH(ur,υr,r)、YH(ur,υr,r)、NH(ur,υr,r)分別表示流速作用下船體在縱向、橫向和艏向上的水動力和力矩，可參考井上模型，式中的速度項輸入為相對流速；XP、YP、NP分別表示推進器作用于船體上的縱向推力、橫向推力和艏向力矩。根據(jù)已有的研究，以上參數(shù)的具體計算方式可參考船體在靜水中所受力的經(jīng)驗表達式。
S42：基于無人船的加速度計算無人船的速度，具體為：其中：ut、υt以及rt分別表示無人船在t時刻時的縱向速度、橫向速度和艏向速度；ut-1、υt-1及rt-1分別表示無人船在(t-1)時刻時的縱向速度、橫向速度和艏向速度；為無人船的單位運動時間。
S43：基于無人船的速度計算無人船的位置，具體為：其中：xt、yt以及ψt分別為無人船在t時刻時在大地坐標(biāo)系下的北向位置、東向位置和艏向角；xt-1、yt-1以及ψt-1分別為無人船在(t-1)時刻時在大地坐標(biāo)系下的北向位置、東向位置和艏向角。
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