本发明专利技术提供的是一种基于虚拟领航者与导引策略的气垫船编队控制装置。主要包括虚拟领航者模块、导引模块、比较器和控制器，虚拟领航者模块通过几何关系制定每一艘气垫船的期望位置且实时的更新，导引模块将自身的期望位置转换为期望速度信号，比较器将期望速度与实际速度进行比较得到速度偏差，控制器根据速度偏差解算控制指令。本发明专利技术采用导引与虚拟领航者结合的策略，通过虚拟领航者以特定的几何关系制定每艘气垫船的期望位置，然后利用平移接近导引将期望位置信号转换为期望速度信号再进行控制，可有效避免超调现象，提高编队精确度及航行安全性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及的是一种气垫船的编队控制装置。本专利技术也设及的是一种气垫船的编 队控制方法。
技术介绍
随着新式造船技术的跨越式发展，各种高性能特种船舶陆续面世，受到越来越多 的重视，已经成为世界各国造船界研究的重点。所谓高性能特种船舶是为突破常规船舶性 能及适应特殊环境要求而开发的一类新型海洋运载器。气垫船就是运样一种新型海洋运载 器。然而单艘气垫船船的作业能力毕竟有限，而实际应用中往往需要多艘气垫船相互协调， 共同完成复杂任务。同时相对于单艘气垫船，多艘气垫船相互协调作业有着许多潜在的优 势：可W提高作业的效率，具有容错性和适应性强等优点。因此对多艘气垫船编队控制的研 究具有重要的实际应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能实现气垫船的自动编队控制，提高编队精确度W及 航行安全性的基于虚拟领航者与导引策略的气垫船编队控制装置。本专利技术的目的还在于提 供一种基于虚拟领航者与导引策略的气垫船编队控制方法。 本专利技术的基于虚拟领航者与导引策略的气垫船编队控制装置主要包括虚拟领航 者模块、导引模块、比较器和控制器，虚拟领航者模块通过几何关系制定每一艘气垫船的期 望位置且实时的更新，导引模块将自身的期望位置转换为期望速度信号，比较器将期望速 度与实际速度进行比较得到速度偏差，控制器根据速度偏差解算控制指令。 阳〇化]本专利技术的基于虚拟领航者与导引策略的气垫船编队控制方法包括如下步骤： (1)将离散的轨迹质点作为为虚拟领航者，并设定常值向量作为虚拟领航者与跟 随气垫船的相对位置，通过虚拟领航者给出跟随气垫船的实时期望位置； (2)采用平移接近导引法，将虚拟领航者给定的期望位置与当前的实际位置作偏 差，再通过平移接近导引法计算出当前时刻的期望速度；[000引 （3)比较器将得到的期望速度与当前的实际速度进行比较得到速度偏差； (4)控制器由速度偏差设计PID控制器，计算得到控制力。 本专利技术将离散的轨迹质点看成是虚拟领航者，且具有一定的更新速度，根据虚拟 领航者的位置W-定的几何关系制定每一艘气垫船的期望位置，然后采用平移接近法导引 根据期望位置和实际位置的偏差计算出当前时刻的期望速度。包括一个比较器和一个控制 器，比较器输出的当前期望速度与当前实际速度的偏差为控制器的输入，控制方法采用PID 控制进行控制力的设计。 本专利技术相对现有技术具有如下的优点及效果： 气垫船在编队过程中容易因速度太快而产生超调，轻者影响编队的精度，重者会 导致船与船之间发生撞击产生重大事故。本专利技术采用导引与虚拟领航者结合的策略，通过 虚拟领航者w特定的几何关系制定每艘气垫船船的期望位置，然后利用平移接近导引将期 望位置信号转换为期望速度信号再进行控制，可有效避免超调现象，提高编队精确度及航 行安全性。【附图说明】 图1基于虚拟领航者-导引策略的气垫船编队控制装置原理框图。 图2基于虚拟领航者-导引策略的气垫船编队控制方法流程图。 图3基于虚拟领航者-导引策略的气垫船编队示意图。 图4平移接近导引原理图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。 结合图1，本专利技术的基于虚拟领航者与导引策略的气垫船编队控制装置主要包括 虚拟领航者模块、导引模块、比较器和控制器。包括一个虚拟领航者-导引策略，将离散的 轨迹质点看成是虚拟领航者，且具有一定的更新速度，根据虚拟领航者的位置W-定的几 何关系制定每一艘气垫船的期望位置，然后采用平移接近法导引根据期望位置和实际位置 的偏差计算出当前时刻的期望速度。包括一个比较器和一个控制器，比较器输出的当前期 望速度与当前实际速度的偏差为控制器的输入，控制方法采用PID控制进行控制力的设 计。 结合图2,基于虚拟领航者-导引策略的气垫船编队控制方法的实现步骤如下： 1.读取N艘气垫船各自当前时刻的实际位置（x，y)、速度（U，V)及腊向; 2.通过虚拟领航者W几何关系制定每艘气垫船的期望位置； 假设编队的气垫船有N艘，虚拟领航者是期望轨迹上的离散质点。N艘气垫船W距 离虚拟领航者的几何长度li，（i= 1，2...脚对其进行跟踪，从而形成设定的队形。 阳02；3] 将虚拟领航者的位置记为向量Pt(t) = Ter2,则Pd(t)=Pt(t)+R(ilOli为气垫船的期望位置向量。 3.利用平移接近导引将每艘气垫船的期望位置（Xd，yd)转换为各自的期望速度信 号（叫，Vd); 阳0巧]①定义变量 阳0%] 将实际气垫船位置记为向量P(t) = Ter2; ②计算气垫船位置偏差Pe(t) = T Pe(t) =Pd(t)-P(t) (1) ③设计气垫船期望速度向量Vd(t) = T 期望速度设计如下 Vd(t) =Vt(t)+Va(t) 似 其中Vt(t)是虚拟领航者的速度，Vg(t)为气垫船接近虚拟领航者的速度。[003引根据位置偏差，Vg(t)设计如下Va(t) =K(t)Pe(t)/|Pe(t)I(3)[003引其中|^,,(/：)|=^。/(/化.(/)>()是位置偏差向量的欧几里德长度，K(t)选择如下(4) 其中0是气垫船接近期望位置的最大速度；A,,>0是常数，可W用来避免 气垫船因速度过快而产生的超调。[00測 4.将期望速度信号传给比较器，与实际速度进行比较，得到速度偏差； Ve(t)=V(t)-Vd(t)(5) 5.设计PID控制器，调节相应的参数，并得出相应的控制力，控制气垫船的运动。 本专利技术中采用的是非常基础和非常实用的PID控制器。在PID控制中，比例环节， 积分环节和微分环节的控制是相互影响的，其参数选取的好坏直接影响PID控制器的控制 效果。各环节的作用如下： 比例环节化P)的调整，控制器成比例的产生控制作用，达到减小偏差的效果； 积分环节化i)的调整，主要作用为消除静态误差，积分作用不能调节的太强，会 导致系统不稳定； 微分环节化d)的调整，影响系统的动态特性，等于是提前引入修正信号，加快系 统调整速度。 根据PID控制器中的=个环节对系统的不同影响及相互之间的影响合理的选取 PID的参数。 PID控制器由式表示：御 将控制力传递给气垫船，得到下一时刻气垫船的状态信息，然后由当前时刻更新 到下一时刻；重复执行步骤1~5,直到任务终止。【主权项】1. 一种基于虚拟领航者与导引策略的气垫船编队控制装置，其特征是：主要包括虚拟 领航者模块、导引模块、比较器和控制器，虚拟领航者模块通过几何关系制定每一艘气垫船 的期望位置且实时的更新，导引模块将自身的期望位置转换为期望速度信号，比较器将期 望速度与实际速度进行比较得到速度偏差，控制器根据速度偏差解算控制指令。2. -种基于虚拟领航者与导引策略的气垫船编队控制方法，其特征是包括如下步骤： (1) 将离散的轨迹质点作为为虚拟领航者，并设定常值向量作为虚拟领航者与跟随气 垫船的相对位置，通过虚拟领航者给出跟随气垫船的实时期望位置； (2) 采用平移接近导引法，将虚拟领航者给定的期望位置与当前的实际位置作偏差，再 通过平移接近导引法计算出当前时刻的期望速度； (3) 比较器将得到的期望速度与当前的实际速度进行比较得到速度偏差； (4) 控制器由速度偏差设计PID控制器，计算得到控制力。【专利摘本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于虚拟领航者与导引策略的气垫船编队控制装置，其特征是：主要包括虚拟领航者模块、导引模块、比较器和控制器，虚拟领航者模块通过几何关系制定每一艘气垫船的期望位置且实时的更新，导引模块将自身的期望位置转换为期望速度信号，比较器将期望速度与实际速度进行比较得到速度偏差，控制器根据速度偏差解算控制指令。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李娟，余玲玲，付明玉，林孝工，丁福光，王元慧，刘向波，王成龙，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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