[發明專利]模塊化的船舶運動控制調試系統及船舶運動控制調試方法

在審

• 申請號: 202211057856.3
• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115629590A
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 夏天;劉序辰;王波;陶江平;尤德武;謝新;蔣榮勤;史艷龍;郭彥軍;謝宇;周誼;劉晗;許威;焉詩萌;梁偉;沈璐璐
• 申請（專利權）人: 上海船舶工藝研究所（中國船舶集團有限公司第十一研究所）
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 上海世圓知識產權代理有限公司 31320
• 代理人: 王佳妮

本發明提供了一種模塊化的船舶運動控制調試系統及船舶運動控制調試方法。所述船舶運動控制調試系統包括運動控制單元、運動模擬單元和調試界面；可滿足常速和低速船舶運動控制的二次開發和調試需求，可對比分析控制參數變化時的運動變化趨勢，引導調試方向，提高調試效率。本申請采用模塊化設計，使其可配置不同的船舶運動類型和控制類型，適用于對不同船舶進行運動控制的二次開發。調試界面可以向運動控制單元下達期望位姿，也可以設定其控制參數，同時還可以繪圖顯示，使調試信息形象化，方便洞察參數變化引起的運動趨勢和影響規律，指導調試思路，避免調試過程中的無效試湊，降低調試過程中的枯燥感和混亂感，提高調試體驗和效率。

技術領域

本發明涉及船舶運動控制領域，具體為適用于實驗室仿真的一種模塊化的船舶運動控制調試系統及船舶運動控制調試方法。

背景技術

船舶在大海中航行或者作業時，由于其運動特性具有強非線性，且海洋環境復雜多變，因此在對其進行運動控制時，需要針對不同的船舶和運動類型，建立對應的船舶運動數學模型，設計對應的運動控制方法。由于船舶進行水平面運動時，其三個自由度上的運動相互耦合。因此控制參數變化時的各自由度運動趨勢不容易觀察，調試規律不易獲取，需要反復試湊調試，導致控制參數調試過程繁雜無序，調試效率較低。此外進行實船海上試驗調試時，耗時長、費用高、機會少等，因此必須提前進行充分的仿真試驗調試。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種模塊化的船舶運動控制仿真調試系統及船舶運動控制調試方法，可滿足常速和低速船舶運動控制的二次開發和調試需求，可對比分析控制參數變化時的運動變化趨勢，引導調試方向，提高調試效率。

所述船舶運動控制調試系統包括運動控制單元、運動模擬單元和調試界面；

所述運動控制單元包括多個模塊，用于模擬船舶的運動控制方式，所述船舶的運動控制方式包括常速船舶的欠驅動控制、低速船舶的動力定位控制或選擇添加的可編輯式運動控制算法；

所述運動模擬單元包括多個模塊，用于模擬具有各種主尺度和槳舵配置的船舶的運動狀態；

所述調試界面用于通過繪圖顯示多次模擬船舶的運動狀態變化曲線和相軌跡，通過對比多次模擬結果進行所述運動控制單元和/或所述運動模擬單元的各模塊的參數調整。

進一步的，在進行仿真模擬之前，需要對所述運動控制單元和所述運動模擬單元的各模塊的參數進行配置，在配置完成之后進行仿真模擬，并將配置參數保存入配置文件。

進一步的，所述運動控制單元包括測量模塊、估計模塊和控制模塊；

所述測量模塊用于模擬羅經來獲取位置參考系統，對所述運動模擬單元傳送來的船舶運動狀態、推進器運行狀態和海洋環境狀態的數據進行分析和處理，然后傳送給估計模塊；

所述估計模塊用于對所述測量模塊傳送過來的數據進行處理，以計算船舶的運動狀態；所述估計模塊包括可選擇設置的真值模式和濾波模式；所述估計模塊默認為真值模式，直接使用測量值計算船舶的運動狀態；所述濾波模式包括可選擇設置的中值濾波、Alpha-Beta濾波、EKF濾波、無源觀測器，所述濾波模式用于通過濾波器及估計器對所述測量模塊傳送過來的數據進行濾波和估計，以獲取平滑數據；

所述控制模塊用于配置船舶的運動控制類型及其控制方法和參數；所述船舶的運動控制類型包括常速控制和低速控制；所述常速控制以舵角為控制變量，默認為PID控制，且可調整控制參數，可自定義添加或編輯控制方法；所述低速控制以三自由度的廣義控制力為控制變量，默認為PID控制，可調整控制參數，可自定義添加或編輯控制方法；所述控制模塊根據所述估計模塊計算的船舶運動狀態和所選的船舶的運動控制類型及其控制方法和參數，計算出控制指令，并傳送給船舶運動模擬單元。

進一步的，所述運動控制單元還包括前饋模塊；