[发明专利]一种船舶航向控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种船舶航向控制方法及系统，其中控制方法包括：步骤S1，根据外部的用户指令获取船舶的目标航向；步骤S2，获取船舶的当前运行状态；步骤S3，将当前运行状态传输至基于逆最优控制设计的逆最优控制器，形成最优舵角控制指令；步骤S4，根据最优舵角控制指令控制船舶的舵机，而后返回步骤S2。通过本技术方案，能够将逆最优控制应用于船舶航向控制技术领域，针对船舶航向控制中可能存在的不同理想场景和实际应用场景，设计了与之对应的最优控制器，使得控制船舶的运行航向在尽可能靠向目标航向的基础上，使得控制所需的能量消耗尽可能的少，达到一种综合最优的控制。

技术领域

本发明涉及船舶控制技术领域，尤其涉及一种船舶航向控制方法及系统。

背景技术

为了保障船舶在海上航行的安全性、操纵性和经济性，航向控制是船舶控制领域中一个重要研究课题。船舶运动本质上是非线性的，且其动态特性取决于船型、船速、水深、负载、吃水等许多因素，这些因素造成船舶动态模型参数偏离于标称值。因而，船舶航向控制器应该基于非线性控制理论来设计，且必须具有对模型参数摄动的鲁棒性。

在目前的现有技术研究领域中，在船舶的航向控制中并未考虑优化问题。最优控制是指设计最优控制器使得某个指标达到最优，而涉及船舶航向控制的非线性系统最优控制一般需要归结为求解一类Hamilton-Jacobi-Isaacs(HJI)偏微分方程问题，容易出现难以求解甚至无解的情况。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种用户标签权重评估方法，具体技术方案如下所示：

一种船舶航向控制方法，包括：

步骤S1，根据外部的用户指令获取船舶的目标航向；

步骤S2，获取船舶的当前运行状态；

步骤S3，将当前运行状态传输至基于逆最优控制设计的最优控制器，形成最优舵角控制指令；

步骤S4，根据最优舵角控制指令控制船舶的舵机，而后返回步骤S2。

优选的，该种船舶航向控制方法，其中当前运行状态包括船舶的当前航向、船舶的当前外部航行干扰和船舶的操作性参数。

优选的，该种船舶航向控制方法，其中船舶的基本航向控制模型为：

其中：

ψ为船舶的当前航向，为船舶的当前航向角速度，为船舶的当前航向角加速度；

δ为舵角控制指令；

为船舶的当前航向角速度的非线性函数，α和β均为常数；

K和T均为船舶的操作性参数；

d(t)为船舶的当前外部航行干扰。

优选的，该种船舶航向控制方法，其中在船舶的操作性参数T和K以及常数α和β均为已知常数，且船舶的当前外部航行干扰为零的情况下，最优控制器为：

其中：

ψ为船舶的当前航向，ψ_r为船舶的目标航向；

δ为舵角控制指令；

c₁和c₂均为任意正值常数。