一种基于渐近导引的船舶定位控制方法
【专利摘要】本发明属于动力定位船舶控制领域，具体涉及一种基于渐近导引的船舶定位控制方法。本发明包括：（1）确定船舶的目标艏向和目标位置；（2）计算实时的期望位置和艏向；（3）根据当前的北位置、东位置和艏向，目标北位置、东位置、艏向，船舶纵向和横向的瞬时速度和顺数回转率和环境干扰产生的纵向力、横向力和力矩计算需要的纵向力、横向力、转艏时所需的力矩和北向、东向的位置偏差和艏向偏差。本发明基于渐近导引和控制设计了定位的控制方法。该方法得到的力矩和推力变化平缓，可以保证在推进器的限额范围内，从而使船舶平稳地到达目标位置，不会出现振荡，且定位精度更高。
【专利说明】一种基于渐近导引的船舶定位控制方法【技术领域】
[0001]本发明属于动力定位船舶控制领域，具体涉及一种基于渐近导引的船舶定位控制方法。
【背景技术】
[0002]随着海洋事业从浅海向深海的不断开发，对船舶作业时的安全性提出了更高的要求。而动力定位技术成为了船舶在深海作业的支持系统,其主要特征在于动力定位船舶主要是通过船舶自身的推进装置，使其能够自动实现相应的定位和循迹功能。
[0003]动力定位船舶在实际作业中，经常需要船舶需要在某个指定位置实现定点定位，并且保持在指定的艏向。另外，船舶的循迹、定位旋转、目标跟踪等工作模式都需要由船舶高精度的定点定位作为辅助来实现。因此，定点定位是船舶动力定位系统的基本模式，也是整个动力定位系统的控制器部分最重要的模式。研究一种高精度，高性能的定点定位控制方法是船舶动力定位系统成功的最基本前提，也是动力定位船舶海上作业最基本的保障。
[0004]目前国内外有许多关于船舶控制的方法研究，该类研究成果主要集中在应用先进的控制方法设计船舶定位或循迹控制器，而在实际应用中，船舶的推力大小取决于船舶安装的推进器性能，给出的推力往是有限的，船舶的惯性特别大，所以定点定位时要求推进器给出的推力要适当，否则，船舶将振荡起来，很难控制，这些在工程应用中是最危险的。所以实际工程中应用的控制方 法要求比较高。考虑到船舶的大惯性和强非线性特征，本发明通过设计渐近导引模块，并结合非线性反推法设计了一种高精度的定点定位控制方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种高精度的基于渐近导引的船舶定位控制方法。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
[0007]( I)确定船舶的目标艏向和目标位置；
[0008](2)计算实时的期望位置和艏向:
[0009]I)转艏时，计算目标艏向Vd和当前艏向11^的差值得到船舶的相对艏向，￥gl =Ψ i，相对艏向大于O时，则船舶向正向转向，相对艏向小于O时，则船舶向反向转向；船舶向正向转向时，期望艏向为Vgn= Vgfc-D+Kturn *Ts, Vgn为在第η时刻得到的期望艏向，Ktum为上位机设定的回转率，Ts为控制系统的米样时间，如果Vgn_Vd<0，Vgn= Ψ；}，否则重新读取目标艏向和当前艏向进行计算；船舶向反向转向时，期望艏向为Vgn= Vg(n-1)-Kturn-Ts,Vgn-Vd^o, Vgn= Vd，否则重新读取目标艏向和当前艏向进行计算；
[0010]2)向目标位置移动时，船舶在二维平面内第η时刻的当前位置为P = [nn, en]T,第η时刻得到的期望位置为Pgn = Dign, egn]T，船舶的目标位置为Pd = [nd，ed]T，[ngl, egl]τ= [η1)θι]τ, [Hgn, egn]T = [nn，en]T，计算船舶目标位置和当前位置在北东坐标系的
夹角0 = atan ?，将标志位置为1，计算船舶当前位置和目标位置的相对距离，
【权利要求】
1.一种基于渐近导引的船舶定位控制方法，其特征在于: (1)确定船舶的目标艏向和目标位置； (2)计算实时的期望位置和艏向: 1)转艏时，计算目标艏向Vd和当前艏向Vn的差值得到船舶的相对艏向，vgl= V1,相对艏向大于O时，则船舶向正向转向，相对艏向小于O时，则船舶向反向转向；船舶向正向转向时，期望艏向为￥gn = Vgin-D+Kturn.Ts, ￥gn为在第η时刻得到的期望艏向，Ktum为上位机设定的回转率，Ts为控制系统的米样时间，如果Vgn-Vd < O，Vgn = Vd，否则重新读取目标艏向和当前艏向进行计算；船舶向反向转向时，期望艏向为Vgn= Vg(n-1)-Kturn-Ts,Vgn-Vd^o, Vgn= Vd，否则重新读取目标艏向和当前艏向进行计算； 2)向目标位置移动时，船舶在二维平面内第η时刻的当前位置为P= [nn，en]T，第η时刻得到的期望位置为Pgn = [ngn, egn]τ,船舶的目标位置为Pd = [nd, ed]T, [ngl, egl]τ= [η1)θι]τ, [Hgn, egn]T = [nn，en]T，计算船舶目标位置和当前位置在北东坐标系的
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【文档编号】G05D1/02GK103529842SQ201310484930
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17日
【发明者】付明玉, 焦建芳, 徐玉杰, 张爱华, 谢笑颖 申请人:哈尔滨工程大学