[發明專利]基于誤差船舶航向的控制方法及裝置

有效

• 申請號: 202110368216.3
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN112987753B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 王曉原;夏媛媛;姜雨函;朱慎超;郝倫;范成葉;高杰
• 申請（專利權）人: 智慧航海（青島）科技有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 張永輝

本申請實施例涉及一種基于誤差船舶航向的控制方法及裝置，包括：基于預先確定的船舶數學模型確定第一控制量；基于當前時刻的測量值與期望值之間的誤差，確定反饋控制誤差總量；基于所述第一控制量和所述反饋控制誤差總量確定第二控制量；基于所述第二控制量控制所述船舶航向。以此可以大大提高控制的魯棒性和控制精度。

技術領域

本申請實施例涉及基于誤差船舶航向的控制領域，尤其涉及一種基于誤差船舶航向的控制方法及裝置。

背景技術

隨著海上交通日益密集，有關如何更好實現船舶航向控制的問題受到越來越多學者的關注。目前對于欠驅動船舶的航向控制，主要分為兩類：第一類，基于數學模型，通過數學模型計算船舶達到期望值所需控制量，比如線性二次型最優控制算法、反步法等；第二類，不依賴于數學模型，通過反饋計算下一時刻的控制量，比如PID控制、模糊控制和神經網絡等。兩類控制算法具有各自的特點：第一類可以通過數學模型預測下一時刻的控制量，但是無法解決外界干擾因素對船舶的影響造成的誤差；第二類，可以通過誤差計算當前時刻的控制量，其中包含外界干擾因素的影響，但是會存在控制相位遲滯問題。

發明內容

鑒于此，為解決上述技術問題或部分技術問題，本申請實施例提供一種基于誤差船舶航向的控制方法及裝置。

第一方面，本申請實施例提供了一種基于誤差船舶航向的控制方法。包括：

基于預先確定的船舶數學模型確定第一控制量；

基于當前時刻的測量值與期望值之間的誤差，確定反饋控制誤差總量；

基于所述第一控制量和所述反饋控制誤差總量確定第二控制量；

基于所述第二控制量控制所述船舶航向。

在一些可選的實現中，所述船舶數學模型為兩個自由度的數學模型，所述兩個自由度分別對應對地速度以及艏搖角速度。

在一些可選的實現中，所述船舶數學模型可以根據如下公式確定：

其中，M(x)為慣性矩陣，τ_FF為第一控制量，σ(x)為阻尼項，x_d為船舶航向角的期望值。

在一些可選的實現中，所述基于當前時刻的測量值與期望值之間的誤差，確定反饋控制誤差總量的步驟包括：

基于如下公式確定所述反饋控制誤差總量τ_FB：

其中，為當前時刻的測量值與期望值之間的誤差，為比例矩陣，為積分矩陣，Kp、Ki為控制器調節參數，r表示艏搖角速度。

在一些可選的實現中，基于所述第二控制量控制所述船舶航向的步驟，包括：

基于非線性PID算法，以及所述第二控制量中的第二對地速度，控制所述船舶的對地速度。

在一些可選的實現中，基于非線性PID算法，以及所述第二控制量中的第二對地速度，控制所述船舶的對地速度包括：

基于如下公式確定PID參數，基于PID參數控制所述船舶的對地速度：

其中，U(t)為第二對地速度，sin[ae(t)]為非線性的誤差，a為設計參數，PID參數中的p為比例信號，PID參數中的i為積分信號，PID參數中的d為微分信號。

第二方面，提供了一種基于誤差船舶航向的控制裝置。包括：

確定模塊，用于基于預先確定的船舶數學模型確定第一控制量；

所述確定模塊還用于，基于當前時刻的測量值與期望值之間的誤差，確定反饋控制誤差總量；