一种用于小型船的自动停泊辅助控制方法技术

提出了一种用于小型船的自动停泊辅助控制方法，从船的运动的完整数学描述开始，引入简化的面向控制的模型，通过灰箱模型识别系统的物理参数，然后用来调整嵌套循环控制体系结构的参数。研究控制算法以实现两种主要操作模式：半自动模式和定位保持模式。在半自动模式中，船被手动引导到停车位，而控制器通过排除干扰(例如风、波浪)来帮助用户保持航向和位置。在定位保持模式下，控制器保持船舶在港内的位置和航向。

An Auxiliary Control Method for Automatic Parking of Small Ships

An auxiliary control method for automatic berthing of small ships is proposed. Starting from the complete mathematical description of ship motion, a simplified control-oriented model is introduced. The physical parameters of the system are identified by the grey box model, and then the parameters of the nested loop control architecture are adjusted. The control algorithm is studied to realize two main operation modes: semi-automatic mode and location-keeping mode. In semi-automatic mode, the ship is manually guided to the parking space, while the controller helps the user to maintain course and position by eliminating disturbances such as wind and waves. In the position-keeping mode, the controller maintains the position and course of the ship in the harbor.

【技术实现步骤摘要】
一种用于小型船的自动停泊辅助控制方法
涉及船舶自动停泊控制领域，具体涉及一种用于小型船的自动停泊辅助控制方法。
技术介绍
在海洋和海洋工程中，自20世纪60年代以来，使用自动系统通过执行机构来维持船只位置的技术优点已得到认可。总的来说，大部分策略都是针对大型船舶或海洋平台的。小型船舶中用于控制目的的电子设备的使用规模正在扩大，这意味着小规模船只的一些特殊问题也可以通过自动控制来解决和解决，最重要的问题之一是如何在港口进行停车操作。国内外学者提出的类似的停车辅助工作，其中航向仅在使用螺旋桨时被控制(没有方向舵)。具体而言，根据船与港之间的距离给出恒定的推力而不考虑摇摆控制，这种控制方法用于小型船只的定位保持策略，参考位置通过使用纵向推进器来补偿风扰动而保持，不考虑摇摆控制并且航向不受控制，存在着很大的技术缺陷。对于小规模船舶的自动泊船技术，存在着很大的技术空白。
技术实现思路
提出了一种用于小型船的自动停泊辅助控制方法，从船的运动的完整数学描述开始，引入简化的面向控制的模型，通过灰箱模型识别系统的物理参数，然后用来调整嵌套循环控制体系结构的参数。研究控制算法以实现两种主要操作模式：半自动模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于小型船的自动停泊辅助控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、3自由度数学模型建模船的运动模型由6自由度系统描述，使用的符号如下：x是纵荡位移，y是横荡位移，z是垂荡位移，φ是横摇角，θ是纵摇角，ψ是艏摇角；x,y和z描述船的位置，而φ,θ和ψ则表示方向；引入以下假设来模拟物理系统：1)假设船舶纵向和横向中心稳定(即

【技术特征摘要】
1.一种用于小型船的自动停泊辅助控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、3自由度数学模型建模船的运动模型由6自由度系统描述，使用的符号如下：x是纵荡位移，y是横荡位移，z是垂荡位移，φ是横摇角，θ是纵摇角，ψ是艏摇角；x,y和z描述船的位置，而φ,θ和ψ则表示方向；引入以下假设来模拟物理系统：1)假设船舶纵向和横向中心稳定(即)，横摇运动和纵摇运动被忽略；2)在z≈0的假设下忽略垂荡运动；3)由于海港处于“封闭”环境，波浪的影响(即高频运动)被忽略，海浪对停泊机动性的影响很小；4)根据动力学，利用粘性摩擦方程描述船舶与环境扰动(风和海浪)之间的相互作用；5)忽略执行机构的动力学，它们通常比船的动力学要快得多；6)船的质量分布均匀并且关于xz平面对称性；7)在港口可达到的最大速度为3节，流体静力学和流体力学忽略不计；用于描述船在水平面上的低频运动的模型简化为三自由度模型，三自由度数学模型与固定在船上的参考系，即船体坐标系{1}有关；船的状态可以通过向量x＝[xyψ]T来描述，该向量表示船体坐标系{1}上的纵荡，横荡和艏摇运动；状态向量x在地面固定参考系{e}上描述；作用于船上的力如下：1)推进器的产生推力，这些可以被简化为位于重心(CG)中的三个(虚拟)推进器，沿着纵向的输入力fx，沿横向的输入力fy和沿着艏摇方向的τ全部施加到重心上；2)沿纵向方向的流体动力(由于风和水)Fxc、Fxw以及沿着横向方向的Fyc、Fyw，风和水流的强度和方向在地面坐标系{e}上定义，然后投影到船体坐标系{1}上；数学模型如下：通过计算力的横向和纵向平衡以及力矩相对于z轴的平衡来获得方程；在(1)中，fx,fy和τ是模型的输入，和分别是纵荡和横荡加速度，是艏摇角加速度，是艏摇角速度，M是质量，J是惯性矩，Kψ是地转偏向力向心系数，bxw(t)，bxc(t)，byw(t)和分别是中心(CG)与中心点(CP)之间的时变距离，即流体动力的作用点，下标w表示“风”，而下标c表示“水流”；在{1}中纵向作用的流体动力产生的力矩用τx＝bxwFxw+bxcFxc表示，横向作用的流体动力产生的力矩用τy＝bywFyw+bycFyc表示；小型船舶船体的长度是宽度的三倍以上，τy？τx，中心点位于船纵轴上，因此产生bxw(t)＝0,bxc(t)＝0；byc(t)和byw(t)将被视为常量，它们的值将被纳入灰箱识别过程中使用的传递函数的增益和时间常数中；流体动力可以定义为其中流体动力学导数表示为其中为流体动力系数，ρc和ρw分别是空气和水的密度，而是流体接触表面；三自由度的状态空间模型可以写成如下形式：其中是状态向量，是干扰向量，u＝[fxfyτ]T是输入向量，y是输出向量；船配备了两个侧向螺旋桨，产生fv1和fv2，以及两个船尾推进器产生fu＝fu1+fu2(同时方向由舵角确定)，惯性力(fx，fy，τ)与实际推力之间的关系可写为：以地面坐标系{e}为参考系的船只的运...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭阳，高迪驹，周宇，刘涵，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31