CN106598051A - 一种基于动力矢量的航迹控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于动力矢量的航迹控制方法，用于提高船舶航迹控制精度，使船舶沿预定航迹航行，本发明提供了一种基于动力矢量的航迹控制方法，步骤如下：测定船舶当前的预定航迹、航速、航向及当前位置，计算当前位置与预定航迹的偏航距离；若偏航距离H≥预定范围δ，选定校正航迹；由校正航迹计算船舶的动力矢量，分解至各个动力设备的控制量，并控制船舶航行。本发明航迹控制采用即时检测、即时控制的方式，周期性检测船舶与预定航迹的偏差，计算、选定校正航迹，由动力矢量提供动力，使船舶沿校正航迹驶回预定航迹，具有反应迅速、航迹控制精度高的特点，适于通过狭窄航道或执行区域全覆盖搜索。

Description

一种基于动力矢量的航迹控制方法

技术领域

本发明涉及船舶航迹控制技术领域，具体涉及到一种基于动力矢量的航迹控制方法。

背景技术

航迹控制是航海技术的重要组成部分。为了确保船舶安全、经济的航行，航海人员必须时刻把握船舶每一时刻准确位置和航向，由船舶当前位置、航向与给定计划航线计算出航向、航迹误差，根据航向、航迹误差给出舵角控制指令，使船舶沿预定的计划航线航向。

传统的航迹控制技术在“船舶航迹控制技术研究（张丹仁）”一文中有详细描述，将目标点作为闭环反馈进行控制，即运载器的目标航向始终指向目标，只考虑运载器的航向误差，不去考虑运载器的位置与航线的偏差；这种控制方法实现简单，但抗干扰能力弱。如图1所示，一旦出现外界扰动使运载器航迹偏移，就很难使运载器恢复到原定航迹。在某些情况下，如通过狭窄航道或执行区域全覆盖搜索、探测任务时，传统的航迹控制技术将难以满足要求。

发明内容

为了提高船舶航迹控制精度，使船舶沿预定航迹航行，本发明提供了一种基于动力矢量的航迹控制方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于动力矢量的航迹控制方法，步骤如下：（a）测定船舶当前的预定航迹PQ、航速V、航向θ及当前位置A，计算当前位置A与预定航迹PQ的偏航距离H；（b）若偏航距离H＜预定范围δ，正常航行；若偏航距离H≥预定范围δ，选定校正航迹；（c）由校正航迹计算船舶的动力矢量，分解至各个动力设备的控制量，并控制船舶航行；（d）船舶航行至二号航迹终点时数据清零，重复前述步骤。

所述校正航迹包括圆弧形的一号航迹与二号航迹，一号航迹起点与航向θ相切，二号航迹终点与预定航迹PQ相切，一号航迹终点与二号航迹起点平滑相切。

所述一号航迹的转弯半径为R1，其向心力为F1，且F1为动力矢量最大合力Fmax的一半，所述一号航迹包括驶向预定航迹PQ的S1航迹或驶离预定航迹PQ的S2航迹。

所述二号航迹的转弯半径为R2，且与S1、S2、PQ均相切，其向心力为F2，所述二号航迹包括靠近预定航迹PQ终点的S3航迹或靠近预定航迹PQ起点的S4航迹。

所述步骤b中，在S1航迹、S2航迹任选一条作为一号航迹，在S3航迹、S4航迹任选一条作为二号航迹，所有组合中的最短航迹即为所述校正航迹。

所述动力矢量包括双发动机分别带动的方向、大小可控的挂浆机或喷泵。

本发明的有益效果是：

本发明航迹控制采用即时检测、即时控制的方式，周期性检测船舶与预定航迹的偏差，计算、选定校正航迹，由动力矢量提供动力，使船舶沿校正航迹驶回预定航迹，具有反应迅速、航迹控制精度高的特点，适于通过狭窄航道或执行区域全覆盖搜索。

附图说明

图1是船舶现有航迹控制方法的示意图。

图2是本发明实施例中船舶当前航向与预定航迹夹角小于90°时的校正航迹示意图。

图3是本发明实施例中船舶当前航向与预定航迹夹角大于90°时的校正航迹示意图。

图4是本发明实施例中动力矢量的示意图。

图5是本发明实施例中航迹控制程序的流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

实施例中，如图2、图3所示，分别为船舶当前航向θ与预定航迹PQ夹角小于90°、大于90°时的校正航迹。取一号航迹半径R1，其向心力为F1，且F1为动力矢量最大合力Fmax的一半，另航速V，由向心力公式可得R1值，结合船舶当前航向θ、及当前位置A坐标，可得驶向预定航迹PQ的S1航迹圆心O1、驶离预定航迹PQ的S2航迹圆心O2。

实施例中，如图2、图3所示，二号航迹与S1、S2、PQ均相切，由S1航迹、S2航迹、PQ的位置关系可得靠近预定航迹PQ终点的S3航迹圆心O3、靠近预定航迹PQ起点的S4航迹圆心O4，以及二号航迹半径R2，另航速V，可得此时向心力F2。

实施例中，如图2、图3，校正航迹可以S1/S2中任一条与S3/S4中任一条组合而成，根据不同情况，优选其中最短的航迹。

上述实施例中的一号航迹与二号航迹仅仅是校正航迹的一种选择，船舶也可根据实。际航向情况或航迹控制精度选择其他的形状的校正航迹。

实施例中，如图4所示，NL与NR为两台动力矢量装置提供的方向、大小可控的驱动力，M为船舶质心，Fz用来克服水面阻力位置航速，为已知的经验值或设定值，Fh为校正航迹提供向心力。在动力矢量装置与船舶质心位置确定的前提下，由力的分解与合成，容易由Fz、Fh计算得FL与NR，FL与NR的值即为航迹控制的直接控制参数。

实施例中，上述航迹控制过程在主控机程序控制系统循环进行，其主程序流程图如图5所示。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了说明本发明所作的举例，而并非对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷例。而这些属于本发明的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于动力矢量的航迹控制方法，其特征是具有如下步骤：（a）测定船舶当前的预定航迹PQ、航速V、航向θ及当前位置A，计算当前位置A与预定航迹PQ的偏航距离H；（b）若偏航距离H＜预定范围δ，正常航行；若偏航距离H≥预定范围δ，选定校正航迹；（c）由校正航迹计算船舶的动力矢量，分解至各个动力设备的控制量，并控制船舶航行；（d）船舶航行至二号航迹终点时数据清零，重复前述步骤。

2.根据权利要求1所述的一种基于动力矢量的航迹控制方法，其特征在于：所述校正航迹包括圆弧形的一号航迹与二号航迹，一号航迹起点与航向θ相切，二号航迹终点与预定航迹PQ相切，一号航迹终点与二号航迹起点平滑相切。

3.根据权利要求2所述的一种基于动力矢量的航迹控制方法，其特征在于：所述一号航迹的转弯半径为R1，其向心力为F1，且F1为动力矢量最大合力Fmax的一半，所述一号航迹包括驶向预定航迹PQ的S1航迹或驶离预定航迹PQ的S2航迹。

4.根据权利要求3所述的一种基于动力矢量的航迹控制方法，其特征在于：所述二号航迹的转弯半径为R2，且与S1、S2、PQ均相切，其向心力为F2，所述二号航迹包括靠近预定航迹PQ终点的S3航迹或靠近预定航迹PQ起点的S4航迹。

5.根据权利要求4所述的一种基于动力矢量的航迹控制方法，其特征在于：所述步骤b中，在S1航迹、S2航迹任选一条作为一号航迹，在S3航迹、S4航迹任选一条作为二号航迹，所有组合中的最短航迹即为所述校正航迹。

6.根据权利要求1所述的一种基于动力矢量的航迹控制方法，其特征在于：所述动力矢量包括双发动机分别带动的方向、大小可控的挂浆机或喷泵。