船舶航迹控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种船舶航迹控制方法及装置，涉及船舶控制技术领域，包括确定船舶的当前时刻的航向、当前时刻的期望位置以及上一时刻的期望位置；基于当前时刻的航向，以及当前时刻的期望位置和上一时刻的期望位置对应的期望航迹线，确定航向偏差角；基于航向偏差角，控制船舶的航迹线趋近于期望航迹线。从而控制船舶的视线角朝向期望的位置行驶，降低控制算法的复杂程度，提升了控制效率。

【技术实现步骤摘要】
船舶航迹控制方法及装置
本专利技术涉及船舶控制
，尤其是涉及一种船舶航迹控制方法及装置。
技术介绍
目前航迹跟踪方法采用分离式控制方案，将航迹控制器分解为舵角控制环、航向控制环和航迹控制环，由于其结构是各环之间的相互嵌套依赖的是航迹控制环，从而最终组成闭合系统，组合导航系统得到的船位和计划的航线进行比较，用来获取船舶航迹在当前的偏差信息，指令航向给航向控制环依靠相关的控制算法，使船舶沿着该航向行驶，从而达到消除偏差的目的。该控制方案可以很好的实现控制航向误差和航迹误差，通过分为航向控制和控制功能实现了航向与航迹的分离，该方案接近现实，容易实现，但是航向控制算法在空间上的冗余，增加了软件编程的空间复杂度，控制精度较低，同时在航向控制环控制器的参数调整会增加打舵次数和频率，从而造成机械磨损和资源浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种船舶航迹控制方法及装置，以缓解了现有技术中存在的控制算法复杂的技术问题。第一方面，本专利技术实施例提供一种船舶航迹控制方法，包括：确定船舶的当前时刻的航向、当前时刻的期望位置以及上一时刻的期望位置；基于当前时刻的航向，以及当前时刻的期望位置和上一时刻的期望位置对应的期望航迹线，确定航向偏差角；基于航向偏差角，控制船舶的航迹线趋近于期望航迹线。在可选的实施方式中，基于当前时刻的航向，以及当前时刻的期望位置和上一时刻的期望位置对应的期望航迹线，确定航向偏差角的步骤包括：基于当前时刻的期望位置和上一时刻的期望位置确定期望航迹线；基于如下公式确定期望视线角αφ：其中，αk是大地坐标系正北方与期望航迹线的夹角，e1为船舶的横向跟随误差；基于如下公式确定航向偏差角Ψe：其中，Ψ为当前时刻的航向。在可选的实施方式中，基于航向偏差角，控制船舶的航迹线趋近于期望航迹线的步骤，包括：基于航向偏差角确定期望状态向量，状态向量包括船舶转向速率、艏向角以及反馈舵角；基于期望状态向量控制船舶的航迹线趋近于期望航迹线。在可选的实施方式中，基于期望状态向量控制船舶的航迹线趋近于期望航迹线的步骤，包括：确定船舶的当前状态向量；基于当前状态向量和期望状态向量，确定状态向量误差；基于状态向量误差，确定最优的性能指标对应的指令抽象舵速；对指令抽象舵速积分确定指令抽象舵角；基于指令抽象舵角确定全局最优的指令舵角；基于指令舵角控制船舶的舵角。在可选的实施方式中，基于状态向量误差，确定最优的性能指标对应的指令抽象舵速的步骤，包括：基于状态向量误差，根据线性化船舶模型，应用最优航向控制算法，计算出指令抽象舵速。在可选的实施方式中，在基于航向偏差角确定期望状态向量，状态向量包括船舶转向速率、艏向角以及反馈舵角的步骤之前，方法还包括：通过角传感器检测舵角，确定反馈舵角；基于差分GPS，获取船舶的艏向角。第二方面，本专利技术实施例提供一种船舶航迹控制装置，包括：第一确定模块，用于确定船舶的当前时刻的航向、当前时刻的期望位置以及上一时刻的期望位置；第二确定模块，用于基于当前时刻的航向，以及当前时刻的期望位置和上一时刻的期望位置对应的期望航迹线，确定航向偏差角；控制模块，用于基于航向偏差角，控制船舶的航迹线趋近于期望航迹线。在可选的实施方式中，控制模块具体用于：基于航向偏差角确定期望状态向量，状态向量包括船舶转向速率、艏向角以及反馈舵角；基于期望状态向量控制船舶的航迹线趋近于期望航迹线。第三方面，本专利技术实施例提供一种计算机设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述前述实施方式任一项的方法的步骤。第四方面，本专利技术实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，计算机可运行指令促使处理器运行前述实施方式任一项的方法。本专利技术提供的一种船舶航迹控制方法及装置。通过确定船舶的当前时刻的航向、当前时刻的期望位置以及上一时刻的期望位置；基于当前时刻的航向，以及当前时刻的期望位置和上一时刻的期望位置对应的期望航迹线，确定航向偏差角；基于航向偏差角，控制船舶的航迹线趋近于期望航迹线。从而控制船舶的视线角朝向期望的位置行驶，降低控制算法的复杂程度，提升了控制效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的一种船舶航迹控制方法流程示意图；图2为本申请实施例提供的一种船舶航迹控制方法的一个原理示例；图3为本申请实施例提供的一种船舶航迹控制方法的一个流程示例；图4为本申请实施例提供的一种船舶航迹控制方法的另一个原理示例；图5为本申请实施例提供的一种船舶航迹控制方法的另一个流程示例；图6为本申请实施例提供的一种船舶航迹控制装置结构示意图；图7为本申请实施例提供的一种计算机设备结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。下面结合附图，对本专利技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。图1为本专利技术实施例提供的一种船舶航迹控制方法流程示意图。该方法应用于计算机，该计算机可以安装在船舶上，以用于对该船舶进行控制，如图1所示，该方法可以包括：S110，确定船舶的当前时刻的航向、当前时刻的期望位置以及上一时刻的期望位置；该当前时刻的航向可以为船舶行驶的方向，该航向可以根据当前位置以及上一时刻的位置确定。在已知航线条件下，该当前时刻的期望位置以及上一时刻的期望位置可以根据已知的航线确定。S120，基于当前时刻的航向，以及当前时刻的期望位置和上一时刻的期望位置对应的期望航迹线，确定航向偏差角；在已知航线条件下，船舶航迹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶航迹控制方法，其特征在于，包括：/n确定船舶的当前时刻的航向、所述当前时刻的期望位置以及上一时刻的期望位置；/n基于所述当前时刻的航向，以及所述当前时刻的期望位置和上一时刻的期望位置对应的期望航迹线，确定航向偏差角；/n基于所述航向偏差角，控制所述船舶的航迹线趋近于所述期望航迹线。/n

【技术特征摘要】
1.一种船舶航迹控制方法，其特征在于，包括：
确定船舶的当前时刻的航向、所述当前时刻的期望位置以及上一时刻的期望位置；
基于所述当前时刻的航向，以及所述当前时刻的期望位置和上一时刻的期望位置对应的期望航迹线，确定航向偏差角；
基于所述航向偏差角，控制所述船舶的航迹线趋近于所述期望航迹线。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述当前时刻的航向，以及所述当前时刻的期望位置和上一时刻的期望位置对应的期望航迹线，确定航向偏差角的步骤包括：
基于所述当前时刻的期望位置和上一时刻的期望位置确定期望航迹线；
基于如下公式确定期望视线角αφ：



其中，αk是大地坐标系正北方与所述期望航迹线的夹角，e1为所述船舶的横向跟随误差；
基于如下公式确定航向偏差角Ψe：



其中，Ψ为所述当前时刻的航向。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述航向偏差角，控制所述船舶的航迹线趋近于所述期望航迹线的步骤，包括：
基于所述航向偏差角确定期望状态向量，所述状态向量包括船舶转向速率、艏向角以及反馈舵角；
基于所述期望状态向量控制所述船舶的航迹线趋近于所述期望航迹线。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述期望状态向量控制所述船舶的航迹线趋近于所述期望航迹线的步骤，包括：
确定所述船舶的当前状态向量；
基于所述当前状态向量和所述期望状态向量，确定状态向量误差；
基于所述状态向量误差，确定最优的性能指标对应的指令抽象舵速；
对所述指令抽象舵速积分确定指令抽象舵角；
基于所述指令抽象舵角确定全局最优的指令舵角；
基于所述指令舵角控制所述船舶的舵角。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述状态向量误差，确定最优的性能指标对应的指令抽象舵速的步骤，包括：
基于所述状态向量误差，根据线性化船舶模型，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓原，夏媛媛，姜雨函，朱慎超，郝伦，孙懿飞，王曼曼，
申请(专利权)人：智慧航海青岛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37