[发明专利]一种船舶自动舵的自适应控制装置及方法

权利要求书

1.一种船舶自动舵的自适应控制装置，其特征在于，包括：

船舶基础参数采集模块，用于采集船舶当前的船舶基础参数，并发送至船模参数处理模块；

船模参数处理模块，用于接收船舶基础参数，并根据船舶基础参数得到船模待确认参数，判断该船模待确认参数是否符合预设船模参数阈值，若符合，则将该船模待确认参数作为船模参数发送至船舶观测状态参数计算模块；

船舶观测状态参数计算模块，用于接收船模参数，并根据船模参数得到船舶观测状态参数，将船模参数和船舶观测状态参数发送至目标舵令计算模块；

目标舵令计算模块，用于接收船模参数和船舶观测状态参数，并根据预设目标航向、目标转向率、船模参数和船舶观测状态参数计算得到目标舵令，将目标舵令发送至舵机控制器；

其中，船舶观测状态参数计算模块利用以下公式计算得到船舶观测状态参数：

其中，表示观测器估测的状态向量，Y表示船舶艏向角信号，表示观测器估测的艏向角信号，G表示增益矩阵，u表示模型控制量，A、B、C表示状态空间方程的系数矩阵；

目标舵令计算模块计算得到目标舵令过程如下：

建立状态空间表达式：

其中，X表示状态向量，状态向量X＝(rψδ)，u为控制量，表示船舶的指令舵速；C和D表示与船舶数学模型相关的系数矩阵

设定性能指标如下：

Q为三阶方阵，主对角线上三个元素表示加权系数，R表示控制输出量的加权系数；

当性能函数J取到极小值时，对应得到了如下控制指令：

u＝-R^-1B^′Pe

其中，P可以通过求解黎卡提方程得到；

根据u＝(K1,K2,K3)^′e，积分后得到舵角增量：

累加舵角增量形成舵令：

2.根据权利要求1所述的船舶自动舵的自适应控制装置，其特征在于，船模参数处理模块使用最小二乘法计算得到船模待确认参数。

3.根据权利要求2所述的船舶自动舵的自适应控制装置，其特征在于，船舶基础参数包括：

电罗经发送至船舶基础参数采集模块的航向参数；

舵角反馈模块发送的舵角参数。

4.根据权利要求3所述的船舶自动舵的自适应控制装置，其特征在于，船模参数处理模块得到的船模待确认参数包括船舶旋回性指数、船舶追随性指数、横移速度指数。

5.根据权利要求4所述的船舶自动舵的自适应控制装置，其特征在于，船模参数处理模块利用以下公式得到船模待确认参数：

其中，T为船舶追随性指数，K为船舶旋回性指数，r为船舶转向率，δ为舵角，Kv为横移速度指数，V为横移速度，为输入数据向量，y(k)是系统的输出向量，为待估计参数向量的估计值，λ是遗忘因子，K(k)和P(k)是中间计算矩阵。

6.一种基于如权利要求1所述装置实现的船舶自动舵的自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集船舶当前的船舶基础参数；

S2、根据船舶基础参数得到船模待确认参数，判断该船模待确认参数是否符合预设船模参数阈值，若符合，则将该船模待确认参数作为船模参数发送出去；

S3、根据船模参数得到船舶观测状态参数；

S4、根据预设目标航向、目标转向率、船模参数和船舶观测状态参数计算得到目标舵令，将目标舵令发送至舵机控制器。

7.根据权利要求6所述的船舶自动舵的自适应控制方法，其特征在于，步骤S2中使用最小二乘法计算得到船模待确认参数。

8.根据权利要求7所述的船舶自动舵的自适应控制方法，其特征在于，船舶基础参数包括：

电罗经发送至船舶基础参数采集模块的航向参数；

舵角反馈模块发送的舵角参数。

9.根据权利要求8所述的船舶自动舵的自适应控制方法，其特征在于，船模待确认参数包括船舶旋回性指数、船舶追随性指数、横移速度指数。