[发明专利]稳定的方向控制系统和方法

权利要求书

1.一种方向控制系统，包括：

逻辑装置，其配置成接收一个或多个传感器信号并产生一个或多个控制器信号以提供对于交通工具的方向控制，其中该逻辑装置适于：

接收交通工具的转向角和偏航角速率，其中转向角至少部分基于转向需求；

通过使用标称交通工具预测器处理所述转向角，确定标称交通工具转向速率，以产生所述标称交通工具转向速率，其中所述标称交通工具预测器实施为传递函数，该传递函数对至少部分从选择的交通工具获得的标称交通工具的动态建模；以及

至少部分基于标称交通工具转向速率和偏航角速率的组合确定标称交通工具反馈信号，其中提供标称交通工具反馈信号用于调整转向需求，并且其中使用标称交通工具预测器处理所述转向角包括使用所述标称交通工具预测器处理由所述标称交通工具反馈信号调整的所述转向角并从所述标称交通工具预测器接收所述标称交通工具转向速率。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述交通工具包括船只。

3.根据权利要求2所述的系统，其中传递函数包括标称交通工具转向速率增益项与标称交通工具转向速率延迟项的比。

4.根据权利要求1所述的系统，其中确定标称交通工具反馈信号包括：

确定偏航角速率和标称交通工具转向速率之间的差值；

对该差值进行积分；以及

将反馈增益应用于经积分的差值以确定标称交通工具反馈信号。

5.根据权利要求1所述的系统，还包括行进方向传感器，其中逻辑装置适于：

接收目标行进方向；

从行进方向传感器接收交通工具的行进方向；以及

确定转向需求，其中转向需求至少部分基于目标行进方向和行进方向的差来确定。

6.根据权利要求5所述的系统，其中：

逻辑装置适于限制转向需求以产生小于转向致动器速率极限的转向致动器速率需求和/或小于转向致动器角度极限的转向需求。

7.根据权利要求5所述的系统，还包括用户接口，其中逻辑装置适于：

从用户接口接收用户可选择的响应设置；以及

基于该响应设置修改用于确定转向需求的一个或多个增益、死区和/或极限。

8.根据权利要求1所述的系统，其中：

逻辑装置适于将转向需求提供到转向致动器；以及

在被提供到转向致动器之前借助标称交通工具反馈信号调整转向需求。

9.根据权利要求1所述的系统，其中：

逻辑装置适于将标称交通工具反馈信号提供到带宽可选择的低通滤波器；

经滤波的标称交通工具反馈信号用于调整转向需求；以及

该低通滤波器的带宽基于用户可选择的响应设置而修改。

10.根据权利要求1所述的系统，其中：

偏航角速率是交通工具的经补偿偏航角速率；以及

经补偿偏航角速率在确定交通工具的俯仰角、俯仰角速率、翻滚角和/或翻滚角速率之后确定，以减少经补偿偏航角速率中的俯仰导致的噪声。

11.根据权利要求1所述的系统，还包括：

转向致动器，其接收作为控制器信号之一提供的转向需求，其中转向致动器控制船只方向舵；以及

转向传感器和转向速率传感器，其提供作为传感器信号中的一个或多个的转向角和偏航角速率，其中该传感器相对于交通工具固定。

12.一种方向控制方法，包括：

接收交通工具的转向角和偏航角速率，其中转向角至少部分基于转向需求；

通过使用标称交通工具预测器处理所述转向角，确定标称交通工具转向速率，以产生所述标称交通工具转向速率，其中所述标称交通工具预测器实施为传递函数，该传递函数对至少部分从选择的交通工具获得的标称交通工具的动态建模；以及

至少部分基于标称交通工具转向速率和偏航角速率的组合确定标称交通工具反馈信号，其中提供标称交通工具反馈信号用于调整转向需求，并且其中使用标称交通工具预测器处理所述转向角包括使用所述标称交通工具预测器处理由所述标称交通工具反馈信号调整的所述转向角并从所述标称交通工具预测器接收所述标称交通工具转向速率。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述交通工具包括船只。