魯棒航跡引導(dǎo)律的確定方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種魯棒航跡引導(dǎo)律的確定方法及裝置，該方法包括：根據(jù)指令航標(biāo)點(diǎn)，生成指令航跡曲線；根據(jù)船舶的當(dāng)前位置和所述指令航標(biāo)點(diǎn)，判斷當(dāng)前航跡區(qū)間；根據(jù)指令航跡曲線，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的航跡偏差；根據(jù)所述當(dāng)前航跡區(qū)間的航跡偏差，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的指令航向角；根據(jù)所述當(dāng)前航跡區(qū)間的指令航向角，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的指令橫傾角；輸出所述指令航向角和所述指令橫傾角。本發(fā)明將橫傾動力學(xué)特性納入魯棒航跡引導(dǎo)律的確定中來，綜合了航向、橫傾對船舶航跡的影響，便于在線計(jì)算，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，提高了航跡跟蹤過程的適航性與機(jī)動性。
【專利說明】
魯棒航跡引導(dǎo)律的確定方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種魯棒航跡引導(dǎo)律的確定方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 船舶航行時(shí)操縱控制的目的是追求船舶航行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，運(yùn)些都要求船舶 沿著精確的航向與航跡航行。如船舶在作長距離遠(yuǎn)洋直航運(yùn)動時(shí)，操控控制系統(tǒng)性能較好 的船舶就無需頻繁操艙即能維持航向，且航跡也較接近于要求的直線。而操控系統(tǒng)性能較 差的船舶則要頻繁操艙W糾正航向偏離，其航跡較為曲折，呈現(xiàn)"S"形。運(yùn)樣一方面增加了 實(shí)際航程，另一方面由于校正航向偏差增加了操縱機(jī)械和推進(jìn)機(jī)械的功率消耗。據(jù)分析，由 于上述原因而增加的功率消耗約占主機(jī)功率的2%~3%，而對于部分艙控系統(tǒng)性能較差的 船舶此種功耗有時(shí)甚至高達(dá)20 %。
[0003] 海上解決航跡控制問題一般分為航跡規(guī)劃、航海計(jì)算、引導(dǎo)、航跡控制四個(gè)方面。 引導(dǎo)問題用于消除航跡偏差使船舶沿預(yù)定航線準(zhǔn)確航行，因而是解決船舶航跡問題的重中 之重。傳統(tǒng)的引導(dǎo)問題分為航跡控制和航跡轉(zhuǎn)向兩部分，航跡控制又分為航跡開始和航跡 結(jié)束兩個(gè)方面。總之，引導(dǎo)過程是一項(xiàng)綜合的智能解決問題的過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種魯棒航跡引導(dǎo)律的確定方法及裝置，旨在解決現(xiàn)有技術(shù) 的魯棒航跡引導(dǎo)律的計(jì)算中沒有考慮船舶的橫傾動力學(xué)特性的技術(shù)問題。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種魯棒航跡引導(dǎo)律的確定方法，包括：
[0007] 根據(jù)指令航標(biāo)點(diǎn)，生成指令航跡曲線；
[0008] 根據(jù)船舶的當(dāng)前位置和所述指令航標(biāo)點(diǎn)，判斷當(dāng)前航跡區(qū)間；
[0009] 根據(jù)指令航跡曲線，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的航跡偏差；
[0010] 根據(jù)所述當(dāng)前航跡區(qū)間的航跡偏差，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的指令航向角；
[0011] 根據(jù)所述當(dāng)前航跡區(qū)間的指令航向角，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的指令橫傾角；
[0012]輸出所述指令航向角和所述指令橫傾角。
[0013] 在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述船舶為水翼雙體船。
[0014] 在上述任意實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述根據(jù)指令航標(biāo)點(diǎn)，生成指令航跡曲線 的步驟，具體為：
[0015] 根據(jù)指令航標(biāo)點(diǎn)，應(yīng)用Ξ次多項(xiàng)式回歸法，生成指令航跡曲線；
[0016] 所述指令航跡曲線為：
[0017]
[0018] 其中，田為航跡變量，抑0)和約(歷)分別為指令航跡曲線上船舶的橫坐標(biāo)和縱坐 標(biāo)；日3、日2、ai、a日為橫坐標(biāo)的樂性系數(shù)；b3、b2、bi、b日為縱坐標(biāo)的線性系數(shù)。
[0019 ] 在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述航跡偏差為：
[0025]其中，x、y分別是船舶的當(dāng)前位置的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Φ是臘搖角，Φ是橫搖角，U是 縱蕩速度，V是橫蕩速度，r是臘搖角速度，P是橫搖角速度;β為由于海流干擾導(dǎo)致的運(yùn)動側(cè) 滑角，Υρ為指令航跡角。
[00%] 在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地：
[0027]所述指令航向角為：
[002引
[0029] 其中，Δ為前向距離，拆％側(cè)滑角的估計(jì)值；
[0030] 所述指令橫傾角為：
[0031]
[0032] 其中：
為重力加速度。
[0033] -種魯棒航跡引導(dǎo)律的確定裝置，包括：
[0034] 航跡曲線生成模塊，用于根據(jù)指令航標(biāo)點(diǎn)，生成指令航跡曲線；
[0035] 航跡區(qū)間判斷模塊，用于根據(jù)船舶的當(dāng)前位置和所述指令航標(biāo)點(diǎn)，判斷當(dāng)前航跡 區(qū)間；
[0036] 航跡偏差計(jì)算模塊，用于根據(jù)指令航跡曲線，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的航跡偏差；
[0037] 指令航向角計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述當(dāng)前航跡區(qū)間的航跡偏差，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū) 間的指令航向角；
[0038] 指令橫傾角計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述當(dāng)前航跡區(qū)間的指令航向角，計(jì)算當(dāng)前航跡 區(qū)間的指令橫傾角；
[0039] 輸出模塊，用于輸出所述指令航向角和所述指令橫傾角。
[0040] 在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述船舶為水翼雙體船。
[0041] 在上述任意實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述航跡曲線生成模塊用于根據(jù)指令航 標(biāo)點(diǎn)，應(yīng)用Ξ次多項(xiàng)式回歸法，生成指令航跡曲線；
[0042] 所述指令航跡曲線為：
[0043]
[0044] 其中，風(fēng)為航跡變量，抑(的和知(的分別為指令航跡曲線上船舶的橫坐標(biāo)和縱坐 標(biāo)；日3、日2、ai、a日為橫坐標(biāo)的樂性系數(shù)；b3、b2、bi、b日為縱坐標(biāo)的線性系數(shù)。
[0045] 在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述航跡偏差為：
[0051]其中，x、y分別是船舶的當(dāng)前位置的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Φ是臘搖角，Φ是橫搖角，U是 縱蕩速度，V是橫蕩速度，r是臘搖角速度，P是橫搖角速度;β為由于海流干擾導(dǎo)致的運(yùn)動側(cè) 滑角，Υρ為指令航跡角。
[0化2] 在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地：
[0053]所述指令航向角為：
[0化4]
[0化5]其中，Δ為前向距離，資為側(cè)滑角的估計(jì)值；
[0056]所述指令橫傾角為：
[0化7]
[0化引其中
g為重力加速度。
[0059] 本發(fā)明的有益效果是：
[0060] 本發(fā)明提供了一種魯棒航跡引導(dǎo)律的確定方法及裝置，對于具有航向和橫傾兩種 控制姿態(tài)的船舶，將橫傾動力學(xué)特性納入其魯棒航跡引導(dǎo)律的設(shè)計(jì)中來，綜合了航向、橫傾 對船舶航跡的影響，計(jì)算出指令航向角和指令橫傾角之后，將運(yùn)兩個(gè)指令姿態(tài)角送入船舶 的自動艙系統(tǒng)中，控制船舶的航向角和橫傾角達(dá)到指令航向角與指令橫傾角。本發(fā)明便于 在線計(jì)算，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，使得船舶基于魯棒航跡引導(dǎo)律的引導(dǎo)，即可利用通用的自動 艙系統(tǒng)跟蹤其指令航跡，優(yōu)化航跡跟蹤精度，提高了航跡跟蹤過程的適航性與機(jī)動性。
【附圖說明】
[0061] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0062] 圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種魯棒航跡引導(dǎo)律的確定方法的流程圖；
[0063] 圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種考慮航向和橫傾影響的船舶跟蹤控制的運(yùn)動 學(xué)示意圖；
[0064] 圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種魯棒航跡引導(dǎo)律的確定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0065] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用W解釋本發(fā)明，并不 限定本發(fā)明。
[0066] 具體實(shí)施例一
[0067]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種魯棒航跡引導(dǎo)律的確定方法，包括：
[006引步驟S101，根據(jù)指令航標(biāo)點(diǎn)，生成指令航跡曲線；
[0069] 步驟S102,根據(jù)船舶的當(dāng)前位置和指令航標(biāo)點(diǎn)，判斷當(dāng)前航跡區(qū)間；
[0070] 步驟S103,根據(jù)指令航跡曲線，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的航跡偏差；
[0071] 步驟S104,根據(jù)當(dāng)前航跡區(qū)間的航跡偏差，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的指令航向角；
[0072] 步驟S105,根據(jù)當(dāng)前航跡區(qū)間的指令航向角，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的指令橫傾角；
[0073] 步驟S106,輸出指令航向角和指令橫傾角。
[0074] 指令航標(biāo)點(diǎn)是船舶在海面航行時(shí)設(shè)置的一系列關(guān)鍵航標(biāo)點(diǎn)，包含船舶應(yīng)該經(jīng)過的 位置坐標(biāo)。指令航跡曲線是由指令航標(biāo)點(diǎn)通過擬合方法得出的平滑航跡曲線，船舶按照給 定的指令航跡曲線運(yùn)動。如圖2所示，船舶位于坐標(biāo)（X，y)時(shí)所處的當(dāng)前航跡區(qū)間為坐標(biāo) (祉，yk)和坐標(biāo)(祉+1，yk+i)兩點(diǎn)之間的曲線段，當(dāng)船舶超出當(dāng)前航跡區(qū)間時(shí)，其下一個(gè)指令航 標(biāo)點(diǎn)所處的變更航跡區(qū)間為(祉+i，yk+〇到(祉+2，yk+2)之間的曲線段。
[0075] 對于具有航向和橫傾兩種控制姿態(tài)的船舶，本發(fā)明實(shí)施例將橫傾動力學(xué)特性納入 其魯棒航跡引導(dǎo)律的設(shè)計(jì)中來，綜合了航向、橫傾對船舶航跡的影響，計(jì)算出指令航向角和 指令橫傾角之后，將運(yùn)兩個(gè)指令姿態(tài)角送入船舶的自動艙系統(tǒng)中，控制船舶的航向角和橫 傾角達(dá)到指令航向角與指令橫傾角。本發(fā)明便于在線計(jì)算，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，使得船舶基 于魯棒航跡引導(dǎo)律的引導(dǎo)，即可利用通用的自動艙系統(tǒng)跟蹤其指令航跡，優(yōu)化航跡跟蹤精 度，提高了航跡跟蹤過程的適航性與機(jī)動性。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例還可W 將回轉(zhuǎn)/橫傾禪合影響納入到魯棒航跡引導(dǎo)律的設(shè)計(jì)中來。
[0076] 本發(fā)明實(shí)施例對具有航向和橫傾兩種控制姿態(tài)的船舶類型不做限定，船舶航行中 會產(chǎn)生橫傾，因此本發(fā)明實(shí)施例適用于具有W上兩種控制姿態(tài)的所有船型，進(jìn)一步地，船舶 可W為水翼雙體船。具有航向和橫傾兩種控制姿態(tài)的船舶，相應(yīng)的，也具有副翼和柱翼艙兩 個(gè)控制機(jī)構(gòu)從而能夠控制該種船舶兩個(gè)自由度上的姿態(tài)。高性能船舶與普通船舶的差別主 要體現(xiàn)在：高性能船舶航速較快，船舶在回轉(zhuǎn)運(yùn)動過程中會產(chǎn)生橫傾，對于某些高性能艦 船，滿艙旋回時(shí)的橫傾角可達(dá)10°左右。水翼雙體船集高速雙體船和水翼船優(yōu)點(diǎn)于一身，具 有兩個(gè)片體，其間用甲板和兩個(gè)或多個(gè)水翼連接起來，由水翼提供將船體托出水面的升力， 克服了興波阻力和摩擦阻力對船舶速度的限制，降低了海浪對船體的沖擊，較排水量型船 有良好的適航性。在水翼雙體船高速機(jī)動回轉(zhuǎn)過程中，橫傾角過大會降低船舶適航性，甚至 存在傾覆的危險(xiǎn);若橫傾角過小，回轉(zhuǎn)半徑就會很大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向機(jī)動性變差。因此對于水翼 雙體船來說，將橫傾動力學(xué)特性納入其魯棒航跡引導(dǎo)律的設(shè)計(jì)中尤為重要。
[0077] 本發(fā)明實(shí)施例對生成指令航跡曲線的方式不做限定，可W為線性擬合或非線性擬 合，進(jìn)一步地，步驟S101可W具體為：
[0078] 根據(jù)指令航標(biāo)點(diǎn)，應(yīng)用Ξ次多項(xiàng)式回歸法，生成指令航跡曲線；
[0079] 指令航跡曲線為：
[0080]
[0081]其中，面為航跡變量，相(放巧日姑(田)分別為指令航跡曲線上船舶的橫坐標(biāo)和縱坐 標(biāo)；日3、日2、ai、a日為橫坐標(biāo)的樂性系數(shù)；b3、b2、bi、b日為縱坐標(biāo)的線性系數(shù)。
[0082] 采用Ξ次多項(xiàng)式回歸法，相對于高于Ξ次的多項(xiàng)式回歸來說，其算法簡單、效率較 高、所耗費(fèi)內(nèi)存較小;相對于一次線性擬合和二次線性擬合來說，其精度更高。
[0083] 本發(fā)明實(shí)施例對航跡偏差的確定方式不做限定，進(jìn)一步地，如圖2所示，可W首先 建立船舶的運(yùn)動學(xué)方程：
[008引其中，x、y分別是船舶的當(dāng)前位置的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Φ是臘搖角，Φ是橫搖角，U是 縱蕩速度，V是橫蕩速度，r是臘搖角速度，P是橫搖角速度；
[0089] 再計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的航跡偏差ye:
[0090]
[0091] 其中，β為由于海流干擾導(dǎo)致的運(yùn)動側(cè)滑角，丫 P為指令航跡角。
[0092] 將橫搖角、橫檔速度、橫搖角速度考慮在內(nèi)，將橫傾動力學(xué)特性納入航跡偏差的設(shè) 計(jì)，由此可W計(jì)算出納入橫傾動力學(xué)特性的航跡偏差ye，在ye的基礎(chǔ)上，可W獲取其一階導(dǎo) 數(shù)：
[0098] 本發(fā)明實(shí)施例對所獲取的指令航向角和指令橫傾角的表達(dá)形式不做限定，在此基 礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，指令航向角可W為：
[0099]
[0100] 其中A前向距離，I為側(cè)滑角的估計(jì)值；
[0101] 將β等效為系統(tǒng)干擾，設(shè)計(jì)非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器對β進(jìn)行估計(jì)：
[0102] 勾二 /0:1)? + 化Oi)>'e，
[0103] 為=巧2(Ζ?，Ζ2)/?，
[0104] 其中f(Zl)為系統(tǒng)中的非線性項(xiàng)，gl(Zl)、g2(Zl，Z2)為非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的非 線性增益;計(jì)算指令橫傾角的過程可W為：
[0105] 根據(jù)船舶協(xié)調(diào)回轉(zhuǎn)狀態(tài)下的系統(tǒng)約束：
[0106] Mg = L cos Φ，
[0107] MUxjj 二 Lsm傘，
[0108]計(jì)算船舶的協(xié)調(diào)回轉(zhuǎn)條件：
[0…9]每二一tan Φ，
[0110]將Φ作為虛擬控制輸入，則指令橫傾角為：
[01川私=tan-，其中g(shù)為重力加速度。
[0112]本發(fā)明實(shí)施例納入了系統(tǒng)干擾的影響，使計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確、實(shí)際參考意義更大。
[011引具體實(shí)施例二
[0114] 如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種魯棒航跡引導(dǎo)律的確定裝置，包括：
[0115] 航跡曲線生成模塊201，用于根據(jù)指令航標(biāo)點(diǎn)，生成指令航跡曲線；
[0116] 航跡區(qū)間判斷模塊202,用于根據(jù)船舶的當(dāng)前位置和指令航標(biāo)點(diǎn)，判斷當(dāng)前航跡區(qū) 間；
[0117] 航跡偏差計(jì)算模塊203,用于根據(jù)指令航跡曲線，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的航跡偏差；
[0118] 指令航向角計(jì)算模塊204,用于根據(jù)當(dāng)前航跡區(qū)間的航跡偏差，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間 的指令航向角；
[0119] 指令橫傾角計(jì)算模塊205,用于根據(jù)當(dāng)前航跡區(qū)間的指令航向角，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū) 間的指令橫傾角；
[0120] 輸出模塊206,用于輸出指令航向角和指令橫傾角。
[0121] 對于具有航向和橫傾兩種控制姿態(tài)的船舶，本發(fā)明實(shí)施例將橫傾動力學(xué)特性納入 其魯棒航跡引導(dǎo)律的設(shè)計(jì)中來，綜合了航向、橫傾對船舶航跡的影響，計(jì)算出指令航向角和 指令橫傾角之后，將運(yùn)兩個(gè)指令姿態(tài)角送入船舶的自動艙系統(tǒng)中，控制船舶的航向角和橫 傾角達(dá)到指令航向角與指令橫傾角。本發(fā)明便于在線計(jì)算，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，使得船舶基 于魯棒航跡引導(dǎo)律的引導(dǎo)，即可利用通用的自動艙系統(tǒng)跟蹤其指令航跡，優(yōu)化航跡跟蹤精 度，提高了航跡跟蹤過程的適航性與機(jī)動性。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例還可W 將回轉(zhuǎn)/橫傾禪合影響納入到魯棒航跡引導(dǎo)律的設(shè)計(jì)中來。
[0122] 本發(fā)明實(shí)施例對具有航向和橫傾兩種控制姿態(tài)的船舶類型不做限定，船舶航行中 會產(chǎn)生橫傾，因此本發(fā)明實(shí)施例適用于具有W上兩種控制姿態(tài)的所有船型，進(jìn)一步地，船舶 可W為水翼雙體船。具有航向和橫傾兩種控制姿態(tài)的船舶，相應(yīng)的，也具有副翼和柱翼艙兩 個(gè)控制機(jī)構(gòu)從而能夠控制該種船舶兩個(gè)自由度上的姿態(tài)。高性能船舶與普通船舶的差別主 要體現(xiàn)在：高性能船舶航速較快，船舶在回轉(zhuǎn)運(yùn)動過程中會產(chǎn)生橫傾，對于某些高性能艦 船，滿艙旋回時(shí)的橫傾角可達(dá)10°左右。水翼雙體船集高速雙體船和水翼船優(yōu)點(diǎn)于一身，具 有兩個(gè)片體，其間用甲板和兩個(gè)或多個(gè)水翼連接起來，由水翼提供將船體托出水面的升力， 克服了興波阻力和摩擦阻力對船舶速度的限制，降低了海浪對船體的沖擊，較排水量型船 有良好的適航性。在水翼雙體船高速機(jī)動回轉(zhuǎn)過程中，橫傾角過大會降低船舶適航性，甚至 存在傾覆的危險(xiǎn);若橫傾角過小，回轉(zhuǎn)半徑就會很大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向機(jī)動性變差。因此對于水翼 雙體船來說，將橫傾動力學(xué)特性納入其魯棒航跡引導(dǎo)律的設(shè)計(jì)中尤為重要。
[0123] 本發(fā)明實(shí)施例對生成指令航跡曲線的方式不做限定，可W為線性擬合或非線性擬 合，進(jìn)一步地，航跡曲線生成模塊201可W用于根據(jù)指令航標(biāo)點(diǎn)，應(yīng)用Ξ次多項(xiàng)式回歸法，生 成指令航跡曲線；
[0124] 指令航跡曲線為：
[0127] 其中，W為航跡變量，相Ο)和於(田0分別為指令航跡曲線上船舶的橫坐標(biāo)和縱坐 標(biāo)；日3、日2、ai、a日為橫坐標(biāo)的樂性系數(shù)；b3、b2、bi、b日為縱坐標(biāo)的線性系數(shù)。
[0128] 采用Ξ次多項(xiàng)式回歸法，相對于高于Ξ次的多項(xiàng)式回歸來說，其算法簡單、效率較 高、所耗費(fèi)內(nèi)存較小;相對于一次線性擬合和二次線性擬合來說，其精度更高。
[0129] 本發(fā)明實(shí)施例對航跡偏差的確定方式不做限定，進(jìn)一步地，可W首先建立船舶的 運(yùn)動學(xué)方程：
[0134] 其中，x、y分別是船舶的當(dāng)前位置的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Φ是臘搖角，Φ是橫搖角，U是 縱蕩速度，V是橫蕩速度，r是臘搖角速度，P是橫搖角速度；
[0135] 再計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的航跡偏差ye:
[0136]
[0137] 其中，β為由于海流干擾導(dǎo)致的運(yùn)動側(cè)滑角，丫 P為指令航跡角。
[0138] 將橫搖角、橫檔速度、橫搖角速度考慮在內(nèi)，將橫傾動力學(xué)特性納入航跡偏差的設(shè) 計(jì)，由此可W計(jì)算出納入橫傾動力學(xué)特性的航跡偏差ye，在ye的基礎(chǔ)上，可W獲取其一階導(dǎo) 數(shù)：
[0142] 其中
啼為由于海流干擾導(dǎo)致的運(yùn)動側(cè)滑角。
[0143] 本發(fā)明實(shí)施例對所獲取的指令航向角和指令橫傾角的表達(dá)形式不做限定，在此基 礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，指令航向角可W為：
[0144]
[0145] 其中Δ前向距離，為側(cè)滑角的估計(jì)值；
[0146] 將β等效為系統(tǒng)干擾，設(shè)計(jì)非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器對β進(jìn)行估計(jì)：
[0149]其中f(Zl)為系統(tǒng)中的非線性項(xiàng)，gl(Zl)、g2(Zl，Z2)為非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的非 線性增益;計(jì)算指令橫傾角的過程可w為：
[0150]根據(jù)船舶協(xié)調(diào)回轉(zhuǎn)狀態(tài)下的系統(tǒng)約束：
[0151 ] Mg = L cos Φ，
[0152] Μυφ 二 ?5?ηφ，
[0153] 計(jì)算船舶的協(xié)調(diào)回轉(zhuǎn)條件：
[0154]
[015引將Φ作為虛擬控制輸入，則指令橫傾角為：
[0156]
其中g(shù)為重力加速度。
[0157] 本發(fā)明實(shí)施例納入了系統(tǒng)干擾的影響，使計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確、實(shí)際參考意義更大。
[0158] 盡管本發(fā)明已進(jìn)行了一定程度的描述，明顯地，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的 條件下，可進(jìn)行各個(gè)條件的適當(dāng)變化?？蒞理解，本發(fā)明不限于所述實(shí)施方案，而歸于權(quán)利 要求的范圍，其包括所述每個(gè)因素的等同替換。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種魯棒航跡引導(dǎo)律的確定方法，其特征在于，包括： 根據(jù)指令航標(biāo)點(diǎn)，生成指令航跡曲線； 根據(jù)船舶的當(dāng)前位置和所述指令航標(biāo)點(diǎn)，判斷當(dāng)前航跡區(qū)間； 根據(jù)指令航跡曲線，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的航跡偏差； 根據(jù)所述當(dāng)前航跡區(qū)間的航跡偏差，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的指令航向角； 根據(jù)所述當(dāng)前航跡區(qū)間的指令航向角，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的指令橫傾角； 輸出所述指令航向角和所述指令橫傾角。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的魯棒航跡引導(dǎo)律的確定方法，其特征在于，所述船舶為水翼雙 體船。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的魯棒航跡引導(dǎo)律的確定方法，其特征在于，所述根據(jù)指令 航標(biāo)點(diǎn)，生成指令航跡曲線的步驟，具體為： 根據(jù)指令航標(biāo)點(diǎn)，應(yīng)用三次多項(xiàng)式回歸法，生成指令航跡曲線； 所述指令航跡曲線為：其中，w為航跡變量，和yrf(nr)分別為指令航跡曲線上船舶的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)； 33、32、31、30為橫坐標(biāo)的線性系數(shù);&3、&2、131、13()為縱坐標(biāo)的線性系數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的魯棒航跡引導(dǎo)律的確定方法，其特征在于，所述航跡偏差為：其中，x、y分別是船舶的當(dāng)前位置的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Φ是艏搖角，Φ是橫搖角，u是縱蕩 速度，V是橫蕩速度，r是艏搖角速度，p是橫搖角速度;β為由于海流干擾導(dǎo)致的運(yùn)動側(cè)滑角， γΡ為指令航跡角。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的魯棒航跡引導(dǎo)律的確定方法，其特征在于： 所述指令航向角為：其中，Δ為前向距離，|為側(cè)滑角的估計(jì)值； 所述指令橫傾角為：6. -種魯棒航跡引導(dǎo)律的確定裝置，其特征在于，包括： 航跡曲線生成模塊，用于根據(jù)指令航標(biāo)點(diǎn)，生成指令航跡曲線； 航跡區(qū)間判斷模塊，用于根據(jù)船舶的當(dāng)前位置和所述指令航標(biāo)點(diǎn)，判斷當(dāng)前航跡區(qū)間； 航跡偏差計(jì)算模塊，用于根據(jù)指令航跡曲線，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的航跡偏差； 指令航向角計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述當(dāng)前航跡區(qū)間的航跡偏差，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間的 指令航向角； 指令橫傾角計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述當(dāng)前航跡區(qū)間的指令航向角，計(jì)算當(dāng)前航跡區(qū)間 的指令橫傾角； 輸出模塊，用于輸出所述指令航向角和所述指令橫傾角。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的魯棒航跡引導(dǎo)律的確定裝置，其特征在于，所述船舶為水翼雙 體船。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的魯棒航跡引導(dǎo)律的確定裝置，其特征在于，所述航跡曲線 生成模塊用于根據(jù)指令航標(biāo)點(diǎn)，應(yīng)用三次多項(xiàng)式回歸法，生成指令航跡曲線； 所述指令航跡曲線為：其中，GJ為航跡變量，知(07)和；％(取)分別為指令航跡曲線上船舶的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)； 33、32、31、30為橫坐標(biāo)的線性系數(shù);&3、&2、131、13()為縱坐標(biāo)的線性系數(shù)。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的魯棒航跡引導(dǎo)律的確定裝置，其特征在于，所述航跡偏差為：其中，x、y分別是船舶的當(dāng)前位置的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Φ是艏搖角，Φ是橫搖角，u是縱蕩 速度，V是橫蕩速度，r是艏搖角速度，p是橫搖角速度;β為由于海流干擾導(dǎo)致的運(yùn)動側(cè)滑角， γΡ為指令航跡角。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的魯棒航跡引導(dǎo)律的確定裝置，其特征在于： 所述指令航向角為：其中，Δ為前向距離，|為側(cè)滑角的估計(jì)值； 所述指令橫傾角為：
【文檔編號】G08G3/00GK105825714SQ201610347635
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】劉勝, 許長魁, 王宇超, 張?zhí)m勇
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)