CN103645734A - 一种无舵船舶的自动化航向控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种无舵船舶的自动化航向控制系统，包括GPS罗经、船舶控制装置、螺旋桨推进装置和转速传感器；船舶控制装置包括人机操作界面，螺旋桨推进装置包括对称安装在船艉的左右螺旋桨、发动机和发动机控制器，GPS罗经测量的当前航速和当前航向角度分别与输入人机操作界面的目标航速和目标航向角度运算后得到目标控制转速，船舶控制装置对转速传感器测量的螺旋桨的实际转速与目标控制转速进行运算，并通过发动机控制器控制发动机来调整螺旋桨的转速平方差。本发明还涉及一种无舵船舶的自动化航向控制方法。实施本发明的无舵船舶的自动化航向控制系统及方法，具有以下有益效果：系统结构简单、技术要求较低、成本较低、容易推广应用。

Description

一种无舵船舶的自动化航向控制系统及方法

技术领域

本发明涉及船舶领域，特别涉及一种无舵船舶的自动化航向控制系统及方法。

背景技术

船舶一般采用舵机调节航向，借助螺旋桨式或喷射式推进系统控制航速，其是船舶控制的核心组成部分，两者的性能直接影响船舶航行的操作性、精确性、安全性和经济性，也是航迹跟踪、动力定位和自动避碰等问题的基础。螺旋桨式推进系统与喷射式相比，具有功率大、造价低廉等特点，长期以来被广泛使用。当船舶具有一定行驶速度时，舵机及其操舵系统通过改变舵叶摆动状况来达到控制航向的效果。当采用舵机转向时，船舶转向半径大，航向调整时间较长，船舶阻力增加。

为了提高船舶控制性能，目前有研究人员提出了吊舱式全回转螺旋桨推进系统和回转双桨电力推进系统。此类系统通过控制螺旋桨的旋转速度产生推力，并利用不同回转螺旋桨的回转角度差产生舵效，从而达到替代舵机及其操舵系统的目的。该航向控制方法可降低船舶航行速度对舵效控制的影响，其回转半径小，转向调整时间较短。但系统结构复杂、技术要求高、成本较高，难以推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述系统结构复杂、技术要求高、造价昂贵、难以推广应用的缺陷，提供一种系统结构简单、技术要求较低、成本较低、容易推广应用的无舵船舶的自动化航向控制系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种无舵船舶的自动化航向控制系统，包括GPS罗经、船舶控制装置、螺旋桨推进装置和转速传感器；所述船舶控制装置包括人机操作界面，所述螺旋桨推进装置包括对称安装在船艉的左右螺旋桨、发动机和发动机控制器，所述左右发动机分别与对应的所述螺旋桨和发动机控制器连接，所述左右螺旋桨还分别与对应的所述转速传感器连接，所述GPS罗经测量的当前航速和当前航向角度分别与输入所述人机操作界面的目标航速和目标航向角度进行运算后得到所述左右螺旋桨的目标控制转速，所述船舶控制装置对所述转速传感器测量的所述左右螺旋桨的实际转速分别与其对应的所述目标控制转速进行运算，所述发动机控制器依据其运算结果来控制对应的所述发动机，并通过控制所述左右螺旋桨的转速平方差来控制所述无舵船舶的航向。

在本发明所述的无舵船舶的自动化航向控制系统中，所述船舶控制装置还包括与所述人机操作界面连接、用于对所述目标航速和当前航速进行运算并得到初始转速的第一PID运算单元。

在本发明所述的无舵船舶的自动化航向控制系统中，所述船舶控制装置还包括与所述人机操作界面连接、用于对所述目标航向角度和当前航向角度进行运算并得到所述左右螺旋桨的转速平方差的第二PID运算单元。

在本发明所述的无舵船舶的自动化航向控制系统中，所述船舶控制装置还包括分别与所述第一PID运算单元和第二PID运算单元连接、用于对所述初始转速和转速平方差进行运算分配并得到所述左右螺旋桨的目标控制转速的转速运算分配单元。

在本发明所述的无舵船舶的自动化航向控制系统中，所述船舶控制装置还包括与所述转速运算分配单元连接、用于对所述左螺旋桨的目标控制转速与其实际转速进行运算的第三PID运算单元。

在本发明所述的无舵船舶的自动化航向控制系统中，所述船舶控制装置还包括与所述转速运算分配单元连接、用于对所述右螺旋桨的目标控制转速与其实际转速进行运算的第四PID运算单元。

本发明还涉及一种无舵船舶的自动化航向控制的方法，包括如下步骤：

A）分别输入无舵船舶的目标航速和目标航向角度；

B）测量所述无舵船舶的当前航速，对所述无舵船舶的当前航速与所述目标航速进行运算得到所述左右螺旋桨的初始转速；

C）测量所述无舵船舶的当前航向角度，对所述当前航向角度与所述目标航向角度进行运算得到所述左右螺旋桨的转速平方差；

D）依据所述左右螺旋桨的初始转速和转速平方差分别得到所述左右螺旋桨的目标控制转速；

E）分别测量所述左右螺旋桨的实际转速，并分别计算所述左右螺旋桨的转速偏差；

F）依据所述转速偏差通过发送控制指令调整所述左右螺旋桨的转速。

在本发明所述的无舵船舶的自动化航向控制的方法中，给定所述左右螺旋桨的初始转速r、所述左右螺旋桨的转速平方差A、所述左右螺旋桨的转速差Δr、所述无舵船舶的航向偏差值Δθ、最大航向偏差角度θ_max、低转速L、高转速H、所述左右螺旋桨的最大转速r_max；所述步骤D）进一步包括：

D1）由A和r计算Δr=A/2r;

D2）判断是否满足Δθ≤θ_max，如是，计算L=r-|Δr|/2、H=r+|Δr|/2，执行步骤D3）；否则，令L=0，则H=|Δr|，执行步骤D4）；其中，Δθ=θ₁-θ(t)，θ₁为所述无舵船舶的目标航向角度，θ(t)为所述无舵船舶的当前航向角度；

D3）判断是否满足L<0，如是，令L=0，则H=|Δr|，执行步骤D4）；否则，执行步骤D5）；

D4）判断是否满足H>r_max，如是，令H=r_max，执行步骤D7）；否则，执行步骤D7）；

D5）判断是否满足H>r_max，如是，令H=r_max，则L=r_max-|Δr|，执行步骤D6）；否则，执行步骤D7）；

D6）判断是否满足L<0，如是，令L=0并执行步骤D7）；否则，执行步骤D7）；

D7）判断是否满足Δr<0，如是，令r₁=L，r₂=H，执行步骤D8）；否则，令r₁=H，r₂=L，执行步骤D8）；

D8）转速分配计算结束。

实施本发明的无舵船舶的自动化航向控制系统及方法，具有以下有益效果:由于使用GPS罗经、船舶控制装置、螺旋桨推进装置和转速传感器；船舶控制装置包括人机操作界面，螺旋桨推进装置包括对称安装在船艉的左右螺旋桨、发动机和发动机控制器，GPS罗经测量的当前航速和当前航向角度分别与输入人机操作界面的目标航速和目标航向角度进行运算后得到左右螺旋桨的目标控制转速，船舶控制装置对左右转速传感器测量的左右螺旋桨的实际转速分别与对应的目标控制转速进行运算，发动机控制器依据其运算结果来控制对应的发动机，并通过控制左右螺旋桨的转速平方差来控制无舵船舶的航向；同时由于省去舵机，所以其系统结构简单、技术要求较低、成本较低、容易推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明无舵船舶的自动化航向控制系统及方法一个实施例中系统的结构示意图；

图2为所述实施例中系统的总体示意图；

图3是所述实施例中方法的流程图；

图4是所述实施例中方法的具体线程图；

图5是所述实施例中转速分配的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明舵船舶的自动化航向控制系统及方法实施例中，其舵船舶的自动化航向控制系统的结构示意图如图1所示。图2是本实施例中系统的总体示意图。如图1和图2所示，该无舵船舶的自动化航向控制系统包括GPS罗经、船舶控制装置、螺旋桨推进装置和转速传感器；船舶控制装置包括人机操作界面，螺旋桨推进装置包括对称安装在船艉的左右螺旋桨、发动机和发动机控制器，左右发动机分别与对应的螺旋桨和发动机控制器连接，左右螺旋桨还分别与对应的转速传感器连接，左右螺旋桨距船舶艏艉线的距离为h。船舶控制装置用于接收GPS罗经和转速传感器的测量结果、PID运算以及向发动机控制器输入控制指令，其人机操作界面用于输入目标参数和输出监控结果。转速传感器用于测量螺旋桨的实际转速。GPS罗经测量的当前航速和当前航向角度分别与输入人机操作界面的目标航速和目标航向角度进行运算，然后分别得到左右螺旋桨的目标控制转速，船舶控制装置对转速传感器测量的左右螺旋桨的实际转速分别与其对应的目标控制转速进行运算，发动机控制器依据其运算结果来控制对应的发动机，并通过控制左右螺旋桨的转速平方差来控制无舵船舶的航向。本实施例中，通过控制左右螺旋桨的转速r₀₁和r₀₂及其平方差A（A=r₀₁ ²-r₀₂ ²），产生实际舵效，实现船舶的航向控制。此外，船舶航速通过航速比例积分微分控制器（Proportion Integration Differentiation,PID）控制，可以不受航向控制的影响，也即可以消除航向控制对航速控制的影响。由于通过船舶底部两翼螺旋桨的转速差控制航向，所以系统简单，容易实现高精确控制；同时由于省去舵机，船舶转向半径小，转向时间短，航向阻力小，所以其结构及操作简单，可靠性较高，且成本较低。

本实施例中，为了方便描述，将对称安装在船艉的左右螺旋桨、发动机和发动机控制器分别进行命名，将位于船艉左侧的螺旋桨、发动机和发动机控制器分别称为第一螺旋桨、第一发动机和第一发动机控制器；将位于船艉右侧的螺旋桨、发动机和发动机控制器分别称为第二螺旋桨、第二发动机和第二发动机控制器。

本实施例中，船舶控制装置还包括第一PID运算单元，第一PID运算单元与人机操作界面连接、用于对目标航速v和当前航速v(t)进行运算并得到初始转速r。船舶控制装置还包括第二PID运算单元，第二PID运算单元与人机操作界面连接、用于对目标航向角度θ₁和当前航向角度θ(t)进行运算并得到左右螺旋桨的转速平方差A。船舶控制装置还包括分别与所述第一PID运算单元和第二PID运算单元连接、用于对所述初始转速和转速平方差进行运算分配并得到所述左右螺旋桨的目标控制转速的转速运算分配单元。船舶控制装置还包括转速运算分配单元，转速运算分配单元分别与第一PID运算单元和第二PID运算单元连接、用于对初始转速r和转速平方差A进行运算分配并得到左右螺旋桨的目标控制转速r₁和r₂。船舶控制装置还包括第三PID运算单元，第三PID运算单元与转速运算分配单元连接、用于对左螺旋桨的目标控制转速r₁与其实际转速r₁’进行运算。船舶控制装置还包括第四PID运算单元，第四PID运算单元与转速运算分配单元连接、用于对右螺旋桨的目标控制转速r₂与实际转速r₂’进行运算。

本实施例中，无舵船舶航向控制原理如下：

由船舶螺旋桨推进力公式：F=kr₀ ²，其中k和r₀分别为推力系数和螺旋桨转速。当左右螺旋桨选为相同产品时，其推力系数相同，则左右螺旋桨产生的推力与转速之间的关系满足：F₁=kr₀₁ ²和F₂=kr₀₂ ²，其中左螺旋桨转速为r₀₁，右螺旋桨转速为r₀₂。当左右螺旋桨的转速不一致时，会产生转船力矩N，满足计算公式（1），可见转船力矩与左右螺旋桨的转速平方差A成正比。

N=h×(F₁-F₂)=h×k×(r₀₁ ²-r₀₂ ²)=h×k×A   （1）

转船力矩N同时可用公式（2）计算：

$N=J\frac{d^2\mathrm{\&theta;}}{\mathrm{dt}}+c\frac{\mathrm{d\&theta;}}{\mathrm{dt}}+N_f---\left(2\right)$

其中θ表示航向角度，t为航向角度变化时间，J为船舶转动惯量，c为阻尼系数，N_f为阻力力矩。结合公式（1）可得：

$N=h\&times;k\&times;A=J\frac{d^2\mathrm{\&theta;}}{\mathrm{dt}}+c\frac{\mathrm{d\&theta;}}{\mathrm{dt}}+N_f---\left(3\right)$

在航区特征变化不明显的情况下，N_f基本不变，即可认为θ(t)随时间t的变化与A相关。因此选择航向偏差值Δθ=θ₁-θ(t)作为PID运算的输入量，A为PID运算的输出量。

为了减小船舶转向对航速的影响，利用PID控制原理，根据当前实测航速和目标航速，实时调整船舶船速，从而消除航向控制对航速控制的影响。

设左右螺旋桨初始转速为r，转速差为Δr，当船舶航向偏差值Δθ≤θ_max时，θ_max为给定的某个最大偏差角度（例如30°），认为船舶航向偏差不大。为了确保船舶实际航速与预设置航速一致，以航速PID运算所得指令转速r（左右螺旋桨初始转速）为中间值，等量加减Δr/2得到左右转速值，即令：

$\left.\begin{array}{c}{r}_1=r+\frac{\mathrm{\&Delta;r}}{2}\\ r_2=r-\frac{\mathrm{\&Delta;r}}{2}\\ {r_1}^2-{r_2}^2=A\end{array}\right\}\&DoubleRightArrow;\begin{array}{}\end{array}\begin{array}{c}{r}_1=r+\frac{A}{4r}\\ r_2=r-\frac{A}{4r}\\ \mathrm{\&Delta;r}=\frac{A}{2r}\end{array}---\left(4\right)$

将运算得到的螺旋桨目标控制转速r₁和r₂输入转速控制装置，对船舶产生实际舵效，使船舶航向发生改变。

当船舶航向偏差值Δθ≥θ_max时，认为船舶航向偏差较大。为了缩短航向调整时间和减小转向半径，令低速螺旋桨转速为0，高速螺旋桨转速为

使船舶航向发生快速改变。

本实施例还涉及一种无舵船舶的自动化航向控制的方法，其流程图如图3所示。图3中，该方法包括如下步骤：

步骤S01分别输入无舵船舶的目标航速和目标航向角度：本步骤中，首先在船舶控制装置的人机操作界面输入无舵船舶的目标航速v和目标航向角度θ₁。

步骤S02测量无舵船舶的当前航速，对无舵船舶的当前航速与目标航速进行运算得到左右螺旋桨的初始转速：本步骤中，利用GPS罗经测得无舵船舶的当前航速v(t)，将目标航速v和当前航速v(t)传送至第一PID运算单元进行运算，然后输出左右螺旋桨的初始转速r，用于计算左右螺旋桨的目标控制转速。

步骤S03测量无舵船舶的当前航向角度，对当前航向角度与目标航向角度进行运算得到左右螺旋桨的转速平方差：本步骤中，利用GPS罗经测量无舵船舶的当前航向角度θ(t)，将当前航向角度θ(t)和目标航向角度θ₁传送至第二PID运算单元进行运算，然后输出左右螺旋桨的转速平方差A。

步骤S04依据左右螺旋桨的初始转速和转速平方差分别得到左右螺旋桨的目标控制转速：本步骤中，将左右螺旋桨的初始转速r和转速平方差A传送至转速运算分配单元，在转速运算分配单元中通过计算分别得到左右螺旋桨的目标控制转速r₁和r₂。

步骤S05分别测量左右螺旋桨的实际转速，并分别计算左右螺旋桨的转速偏差：本步骤中，测量左右螺旋桨的实际转速r₁’和r₂’，并分别计算左右螺旋桨的转速偏差。具体来讲，将左螺旋桨（第一螺旋桨）的实际转速r₁’和其目标控制转速r₁传送到第三PID运算单元进行运算得到左螺旋桨的转速偏差；将右螺旋桨（第二螺旋桨）的实际转速r₂’和其目标控制转速r₂传送到第四PID运算单元进行运算得到右螺旋桨的转速偏差。

步骤S06依据转速偏差通过发送控制指令调整左右螺旋桨的转速：依据左螺旋桨的转速偏差和右螺旋桨的转速偏差，经过PID运算输出发动机控制指令，不断调整左右螺旋桨的转速，这样可控制无舵船舶的航速；同时通过调整左右螺旋桨的转速，就可以间接调整左右螺旋桨的转速平方差，从而控制无舵船舶的航向。

本实施例中，上述的方法的具体线程图如图4所示。

对于本实施例而言，上述步骤S04还可进一步细化，其细化后的具体流程图如图5所示。图5具体就是转速运算分配单元来分配高、低转速的具体分配流程图。在详细描述步骤S04之前，本实施例首选给定所述左右螺旋桨的初始转速r、所述左右螺旋桨的转速平方差A、所述左右螺旋桨的转速差Δr、所述无舵船舶的航向偏差值Δθ、最大航向偏差角度θ_max、低转速L、高转速H、所述左右螺旋桨的最大转速r_max。图5中，步骤S04进一步包括：

步骤S401由A和r计算Δr=A/2r：本步骤中，由A和r的值计算Δr=A/2r，从而得到Δr的值。

步骤S402Δθ≤θ_max？本步骤中，判断是否满足Δθ≤θ_max，如果判断的结果为是，即Δθ≤θ_max，则执行步骤S404；否则，执行步骤S403。值得一提的是，Δθ=θ₁-θ(t)，θ₁为无舵船舶的目标航向角度，θ(t)为无舵船舶的当前航向角度。

步骤S403L=0，H=|Δr|：如果上述步骤S402的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，令L=0，则H=|Δr|，执行完本步骤，执行步骤S407。

步骤S404计算L=r-|Δr|/2、H=r+|Δr|/2：如果上述步骤S402的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，计算L=r-|Δr|/2、H=r+|Δr|/2。具体来讲，当航向偏差较小时，即Δθ≤θ_max时，低速螺旋桨（两个螺旋桨中转速为低速的螺旋桨）转速为L=r-|Δr|/2，高速螺旋桨（两个螺旋桨中转速为高速的螺旋桨）转速为H=r+|Δr|/2，后续再对高、低转速进行校正。

步骤S405L<0？本步骤中，判断是否满足L<0，如果判断的结果为是，则执行步骤S406；否则，执行步骤S409。

步骤S406L=0，H=|Δr|：如果上述步骤S405的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，令L=0，则H=|Δr|。值得一提的是，执行完本步骤，执行步骤S407。

步骤S407H>r_max？本步骤中，判断是否满足H>r_max，如果判断的结果为是，则执行步骤S408；否则，执行步骤S413。

步骤S408H=r_max：如果上述步骤S407的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，令H=r_max，执行完本步骤，执行步骤S413。

步骤S409H>r_max？如果上述步骤S405的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，判断是否满足H>r_max，如果判断的结果为是，则执行步骤S410；否则，执行步骤S413。

步骤S410H=r_max，L=r_max-|Δr|：如果上述步骤S409的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，令H=r_max，则L=r_max-|Δr|。

步骤S411L<0？本步骤中，判断是否满足L<0，如果判断的结果为是，则执行步骤S412；否则，执行步骤S413。

步骤S412L=0：如果上述步骤S411的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，令L=0，执行完步骤，执行步骤S413。

步骤S413Δr<0？本步骤中，判断是否满足Δr<0，如果判断的结果为是，则执行步骤S414；否则，执行步骤S415。

步骤S414r₁=L，r₂=H：如果上述步骤S413的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，令r₁=L，r₂=H，执行完本步骤，执行步骤S416。

步骤S415r₁=H，r₂=L：如果上述步骤S413的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，令r₁=H，r₂=L，执行完本步骤，执行步骤S416。

步骤S416转速分配计算结束：本步骤中，结束转速分配计算工作。

上述步骤401-S416的分配计算具体如下：

(a)当航向偏差较小时，即Δθ≤θ_max时，低速螺旋桨转速为L=r-|Δr|/2，高速螺旋桨转速为H=r+|Δr|/2，然后对高、低转速进行校正：

i.如果L>0且H<r_max，r_max表示最大转速，一般由船舶性能决定，则L=r-|Δr|/2，H=r+|Δr|/2；

ii.如果L>0且H>r_max，说明高速螺旋桨转速已达到最大转速，则令H=r_max，那么L=r_max-|Δr|；

iii.如果L<0且H<r_max，则令L=0，那么H=|Δr|；

iv.如果L<0且H>r_max，则令L=0且H=r_max

(b)当航向偏差较大时，即Δθ>θ_max时，令L=0，

然后对计算所得H进行校正：

i.如果H<r_max，则

ii.如果H>r_max，则令H=r_max

(c)判别Δr正负

i.如果Δr>0，说明左螺旋桨转速较高，右螺旋桨转速较低，则r₁=H，r₂=L

ii.如果Δr<0，说明左螺旋桨转速较低，右螺旋桨转速较高，则r₁=L，r₂=H。

总之，在本实施例中，通过精确控制船舶底部两翼螺旋桨的转速平方差控制船舶航向；采用转速PID控制消除航向控制对航速控制的影响。本实施例中的PID控制可以是传统的PID控制，如果控制效果不好，根据需要可采用参数可调的PID控制或者模糊PID控制等其他改进的PID算法。

在本实施例的另外一些情况下，在对航向控制要求不太高的情况下，也可以采用舵机控制航向，但这时对航速控制有明显影响，有较大旋转半径，所需转向空间和阻力大，响应时间较长。也可通过螺旋桨或喷水泵微旋角度差控制航向，与本发明相比，其结构及控制流程复杂，对航速控制的影响大。还可以通过船鳍控制航向，但操作和控制过程复杂。当然，根据实际需求，可选择相应的控制方式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无舵船舶的自动化航向控制系统，其特征在于，包括GPS罗经、船舶控制装置、螺旋桨推进装置和转速传感器；所述船舶控制装置包括人机操作界面，所述螺旋桨推进装置包括对称安装在船艉的左右螺旋桨、发动机和发动机控制器，所述左右发动机分别与对应的所述螺旋桨和发动机控制器连接，所述左右螺旋桨还分别与对应的所述转速传感器连接，所述GPS罗经测量的当前航速和当前航向角度分别与输入所述人机操作界面的目标航速和目标航向角度进行运算后得到所述左右螺旋桨的目标控制转速，所述船舶控制装置对所述转速传感器测量的所述左右螺旋桨的实际转速分别与其对应的所述目标控制转速进行运算，所述发动机控制器依据其运算结果来控制对应的所述发动机，并通过控制所述左右螺旋桨的转速平方差来控制所述无舵船舶的航向。

2.根据权利要求1所述的无舵船舶的自动化航向控制系统，其特征在于，所述船舶控制装置还包括与所述人机操作界面连接、用于对所述目标航速和当前航速进行运算并得到初始转速的第一PID运算单元。

3.根据权利要求2所述的无舵船舶的自动化航向控制系统，其特征在于，所述船舶控制装置还包括与所述人机操作界面连接、用于对所述目标航向角度和当前航向角度进行运算并得到所述左右螺旋桨的转速平方差的第二PID运算单元。

4.根据权利要求3所述的无舵船舶的自动化航向控制系统，其特征在于，所述船舶控制装置还包括分别与所述第一PID运算单元和第二PID运算单元连接、用于对所述初始转速和转速平方差进行运算分配并得到所述左右螺旋桨的目标控制转速的转速运算分配单元。

5.根据权利要求4所述的无舵船舶的自动化航向控制系统，其特征在于，所述船舶控制装置还包括与所述转速运算分配单元连接、用于对所述左螺旋桨的目标控制转速与其实际转速进行运算的第三PID运算单元。

6.根据权利要求5所述的无舵船舶的自动化航向控制系统，其特征在于，所述船舶控制装置还包括与所述转速运算分配单元连接、用于对所述右螺旋桨的目标控制转速与其实际转速进行运算的第四PID运算单元。

7.一种无舵船舶的自动化航向控制的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A）分别输入无舵船舶的目标航速和目标航向角度；

B）测量所述无舵船舶的当前航速，对所述无舵船舶的当前航速与所述目标航速进行运算得到所述左右螺旋桨的初始转速；

C）测量所述无舵船舶的当前航向角度，对所述当前航向角度与所述目标航向角度进行运算得到所述左右螺旋桨的转速平方差；

D）依据所述左右螺旋桨的初始转速和转速平方差分别得到所述左右螺旋桨的目标控制转速；

E）分别测量所述左右螺旋桨的实际转速，并分别计算所述左右螺旋桨的转速偏差；

F）依据所述转速偏差通过发送控制指令调整所述左右螺旋桨的转速。

8.根据权利要求7所述的无舵船舶的自动化航向控制的方法，其特征在于，给定所述左右螺旋桨的初始转速r、所述左右螺旋桨的转速平方差A、所述左右螺旋桨的转速差Δr、所述无舵船舶的航向偏差值Δθ、最大航向偏差角度θ_max、低转速L、高转速H、所述左右螺旋桨的最大转速r_max；所述步骤D）进一步包括：

D1）由A和r计算Δr=A/2r;

D2）判断是否满足Δθ≤θ_max，如是，计算L=r-|Δr|/2、H=r+|Δr|/2，执行步骤D3）；否则，令L=0，则H=|Δr|，执行步骤D4）；其中，Δθ=θ₁-θ(t)，θ₁为所述无舵船舶的目标航向角度，θ(t)为所述无舵船舶的当前航向角度；

D3）判断是否满足L<0，如是，令L=0，则H=|Δr|，执行步骤D4）；否则，执行步骤D5）；

D4）判断是否满足H>r_max，如是，令H=r_max，执行步骤D7）；否则，执行步骤D7）；

D5）判断是否满足H>r_max，如是，令H=r_max，则L=r_max-|Δr|，执行步骤D6）；否则，执行步骤D7）；

D6）判断是否满足L<0，如是，令L=0并执行步骤D7）；否则，执行步骤D7）；

D7）判断是否满足Δr<0，如是，令r₁=L，r₂=H，执行步骤D8）；否则，令r₁=H，r₂=L，执行步骤D8）；

D8）转速分配计算结束。

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