[发明专利]基于误差船舶航向的控制方法及装置

说明书

本申请实施例涉及一种基于误差船舶航向的控制方法及装置，包括：基于预先确定的船舶数学模型确定第一控制量；基于当前时刻的测量值与期望值之间的误差，确定反馈控制误差总量；基于所述第一控制量和所述反馈控制误差总量确定第二控制量；基于所述第二控制量控制所述船舶航向。以此可以大大提高控制的鲁棒性和控制精度。

技术领域

本申请实施例涉及基于误差船舶航向的控制领域，尤其涉及一种基于误差船舶航向的控制方法及装置。

背景技术

随着海上交通日益密集，有关如何更好实现船舶航向控制的问题受到越来越多学者的关注。目前对于欠驱动船舶的航向控制，主要分为两类：第一类，基于数学模型，通过数学模型计算船舶达到期望值所需控制量，比如线性二次型最优控制算法、反步法等；第二类，不依赖于数学模型，通过反馈计算下一时刻的控制量，比如PID控制、模糊控制和神经网络等。两类控制算法具有各自的特点：第一类可以通过数学模型预测下一时刻的控制量，但是无法解决外界干扰因素对船舶的影响造成的误差；第二类，可以通过误差计算当前时刻的控制量，其中包含外界干扰因素的影响，但是会存在控制相位迟滞问题。

发明内容

鉴于此，为解决上述技术问题或部分技术问题，本申请实施例提供一种基于误差船舶航向的控制方法及装置。

第一方面，本申请实施例提供了一种基于误差船舶航向的控制方法。包括：

基于预先确定的船舶数学模型确定第一控制量；

基于当前时刻的测量值与期望值之间的误差，确定反馈控制误差总量；

基于所述第一控制量和所述反馈控制误差总量确定第二控制量；

基于所述第二控制量控制所述船舶航向。

在一些可选的实现中，所述船舶数学模型为两个自由度的数学模型，所述两个自由度分别对应对地速度以及艏摇角速度。

在一些可选的实现中，所述船舶数学模型可以根据如下公式确定：

其中，M(x)为惯性矩阵，τ_FF为第一控制量，σ(x)为阻尼项，x_d为船舶航向角的期望值。

在一些可选的实现中，所述基于当前时刻的测量值与期望值之间的误差，确定反馈控制误差总量的步骤包括：

基于如下公式确定所述反馈控制误差总量τ_FB：

其中，为当前时刻的测量值与期望值之间的误差，为比例矩阵，为积分矩阵，Kp、Ki为控制器调节参数，r表示艏摇角速度。

在一些可选的实现中，基于所述第二控制量控制所述船舶航向的步骤，包括：

基于非线性PID算法，以及所述第二控制量中的第二对地速度，控制所述船舶的对地速度。

在一些可选的实现中，基于非线性PID算法，以及所述第二控制量中的第二对地速度，控制所述船舶的对地速度包括：

基于如下公式确定PID参数，基于PID参数控制所述船舶的对地速度：

其中，U(t)为第二对地速度，sin[ae(t)]为非线性的误差，a为设计参数，PID参数中的p为比例信号，PID参数中的i为积分信号，PID参数中的d为微分信号。

第二方面，提供了一种基于误差船舶航向的控制装置。包括：

确定模块，用于基于预先确定的船舶数学模型确定第一控制量；

所述确定模块还用于，基于当前时刻的测量值与期望值之间的误差，确定反馈控制误差总量；