【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统及方法，属于船舶路径跟踪控制仿真。
技术介绍
1、随着船舶技术的不断进步和全球航运需求的增加，海上交通越来越密集，为保障航行安全，人们对船舶的运动控制提出了更高的要求。在远洋航行时，为了减轻舵手的工作强度、缩短航行距离以及减少燃料的消耗，必须精准地控制船舶的航向或航迹。同时，针对于一些特种作业，对航向的精准度提出了更严格的要求。因此，对船舶航路径跟踪与航向控制进行研究在理论和实际上都具有重要意义。船舶路径跟踪控制是实现船舶自主导航和安全航行中的关键因素。
2、由于实验成本较高，建立仿真系统是一种常用的技术途径，可以有效压缩时间，降低成本。目前与本专利技术相关的专利主要包括：1)“基于改进los引导算法的船舶航迹控制方法”(cn106950955a),该专利技术根据船舶导航模块得到船舶实时的实际航迹信息；若实际轨迹与规划路径之间的偏差超出可接受偏差，则通过改进的los引导算法计算得到期望航向，直至航迹偏差在可接受范围内，与本专利技术采用的技术路线不同。2)“一种船舶航向跟踪控制的方法”(cn112068550a)，该专利技术提出一种船舶航向跟踪控制方法，根据船舶自身状态信息和目标位置并通过los导航算法来生成目标路径和目标首向，与本专利技术控制方法不同。3)“新型的超大型欠驱动船舶路径跟踪预测los制导方法”(cn116859933a)，该专利技术提出了一种新兴的超大型欠驱动船舶路径跟踪预测los制导方法，与本专利技术面向对象显著不同。
1、本专利技术为了解决现有技术存在的问题，提出了一种基于mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统及方法。
2、一种基于mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统，所述基于mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统包括路径跟踪控制模块、航向控制模块、速度控制模块和动力控制模块，所述路径跟踪控制模块与航向控制模块和速度控制模块连接，所述航向控制模块和速度控制模块与动力控制模块连接。
3、进一步的，所述路径跟踪控制模块，用于获取船舶位置信息，并输出航向角调整信息和速度调整信息；
4、所述航向控制模块，用于接收所述航向角调整信息，得到航向误差计算并输出相应的舵角或舵机控制指令；
5、所述速度控制模块，用于接收所述速度调整信息，并输出相应的转向角速度和船舶速度控制指令；
6、所述动力控制模块，用于接收所述航向控制模块和速度控制模块输出的舵角或舵机控制指令与转向角速度和船舶速度控制指令，并将指令信号转化为实际的推动力，从而调整船舶的运动状态。
7、进一步的，所述路径跟踪控制模块，包括交叉跟踪误差路径控制器、los/ilos控制器和linear quadratic控制器，所述交叉跟踪误差路径控制器、los/ilos控制器和linearquadratic控制器依次连接，其中，
8、所述交叉跟踪误差路径控制器，用于计算当前船舶与期望路径的交叉跟踪误差，并将船舶与期望路径的交叉跟踪误差信息发送至所述los/ilos控制器；
9、所述los/ilos控制器，用于基于所述当前船舶与期望路径的交叉跟踪误差，转换为控制信息；
10、所述linear quadratic控制器，用于微调和校正船舶的航向角，以优化所述控制信息。
11、进一步的，所述航向控制模块包括非线性pid控制器和航向驾驶控制器，其中，
12、所述非线性pid控制器，用于采用动态增益调节策略，根据系统状态和需求动态地调整比例增益和积分增益；
13、所述航向驾驶控制器，用于根据误差信号来控制舵机的转动角度，将转动角度转化为舵角，然后将相应的舵角或舵机控制指令传递给动力控制模块。
14、进一步的，所述速度控制模块包括航向角速度控制器和航行速度控制器，其中，
15、所述航向角速度控制器，用于调节船舶的转向速度，实现期望的航向角变化和船舶姿态的稳定，同时实时监测航向角速度变化，将信息反馈给路径跟踪控制模块，形成闭环反馈机制；
16、所述航行速度控制器，用于控制船舶的速度以实现期望的航行速度，从路径跟踪控制模块获取期望的航行速度，将调整信息传递给船舶动力控制模块。
17、一种基于mworks的船舶路径跟踪控制仿真方法，基于上述的一种基于mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统，所述基于mworks的船舶路径跟踪控制仿真方法包括以下步骤：
18、s100、获取船舶当前状态参数，所述状态参数包括速度、位置和角速度，并获取预先设定的期望路径和期望速度以及目标点；
19、s200、使用交叉跟踪误差路径控制器计算当前船舶与期望路径的交叉跟踪误差，根据交叉跟踪误差路径控制器的输出指令，调整路径跟踪控制模块的输出指令，使船舶沿着期望轨迹行驶；
20、s300、使用los/ilos控制器智能切换导引算法计算输出控制指令，以调整船舶的航向角速度和船舶姿态的稳定；
21、s400、使用速度控制模块接收路径跟踪控制模块输出的速度调整信息，以控制船舶的速度；
22、s500、使用动力控制模块接收航向控制模块和速度控制模块输出的控制指令，并将指令信号转化为实际的推动力，调整船舶的运动状态；
23、s600、使用仿真结果分析模块模拟显示船舶的运动状态。
24、进一步的，在s200中，基于航路点的交叉跟踪误差路径计算包括以下步骤：
25、步骤210、首先通获取船舶当前的位置和航向，以及下一个目标航路点的位置信息；
26、步骤220、确定船舶的实际航迹与目标航路点之间的最短距离；
27、步骤230、通过导航设备获取船舶位置及航向角，并根据预先设定的目标航点，计算出交叉跟踪误差，设两个航点的经纬度坐标为(x1,y1)和(x2,y2)，以及船舶当前位置的经纬度坐标(x,y)，函数返回横向距离ye即为交叉跟踪误差，以北东地坐标系表示：
28、ye＝-(x-x1)*sin(pip)+(y-y1)*cos(pip)，其中，pip为航迹方向角，即路径相对于正北方向的角度；
29、步骤240、控制船舶速度和转向速率，调整船舶的行驶轨迹，使得船舶尽快到达目标航路点，并按照预设的航线行驶。
30、进一步的，在s300中，包括以下步骤：
31、s310、获取两个及以上目标航路点，根据航行情况及船舶任务类型选择los/ilos算法，若为直线航点等简单任务，选择los算法；若为高速和弯曲路径任务，选择ilos算法，其中，所述高速和弯曲路径任务包括掉头、窄弯航点和急转弯航点；
32、s320、选择适当的预测点并据此调整航向角状态，实现更平滑的路径跟踪，采用预测点选择策略，以提前预测船舶未来的位置，其中，los算法和ilos算法的预测点选择不同：
33、los算法中，预测点选择目标点沿着期望路径本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于Mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统，其特征在于，所述基于Mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统包括路径跟踪控制模块、航向控制模块、速度控制模块和动力控制模块，所述路径跟踪控制模块与航向控制模块和速度控制模块连接，所述航向控制模块和速度控制模块与动力控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于Mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统，其特征在于，
3.根据权利要求2所示的一种基于Mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统，其特征在于，所述路径跟踪控制模块，包括交叉跟踪误差路径控制器、LOS/ILOS控制器和LinearQuadratic控制器，所述交叉跟踪误差路径控制器、LOS/ILOS控制器和Linear Quadratic控制器依次连接，其中，
4.根据权利要求3所示的一种基于Mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统，其特征在于，所述航向控制模块包括非线性PID控制器和航向驾驶控制器，其中，
5.根据权利要求4所示的一种基于Mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统，其特征在于，所述速度控制模块包括航向角速度控制器和航行速
6.一种基于Mworks的船舶路径跟踪控制仿真方法，基于权利要求1-5任一项所述的一种基于Mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统，其特征在于，所述基于Mworks的船舶路径跟踪控制仿真方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种基于Mworks的船舶路径跟踪控制仿真方法，其特征在于，在S200中，基于航路点的交叉跟踪误差路径计算包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种基于Mworks的船舶路径跟踪控制仿真方法，其特征在于，在S300中，包括以下步骤：
9.根据权利要求7所述的一种基于Mworks的船舶路径跟踪控制仿真方法，其特征在于，在S320中，
10.一种存储介质，该存储介质上储存有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-9任一项所述的一种基于Mworks的船舶路径跟踪控制仿真方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统，其特征在于，所述基于mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统包括路径跟踪控制模块、航向控制模块、速度控制模块和动力控制模块，所述路径跟踪控制模块与航向控制模块和速度控制模块连接，所述航向控制模块和速度控制模块与动力控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统，其特征在于，
3.根据权利要求2所示的一种基于mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统，其特征在于，所述路径跟踪控制模块，包括交叉跟踪误差路径控制器、los/ilos控制器和linearquadratic控制器，所述交叉跟踪误差路径控制器、los/ilos控制器和linear quadratic控制器依次连接，其中，
4.根据权利要求3所示的一种基于mworks的船舶路径跟踪控制仿真系统，其特征在于，所述航向控制模块包括非线性pid控制器和航向驾驶控制器，其中，
5.根据权利要求4所示的一种基于mw...
【专利技术属性】
技术研发人员：李超，孙奕菲，冯光升，王开宇，吕宏武，李冰洋，赵轩，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。