CN107187575A - 一种船舶矢量舵控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船舶矢量舵控制方法、装置及系统，所述方法，通过驱动所述船舶的舵和翼舵，能够提高船舶航向控制效率，能够降低能耗。其中，所述翼舵相当于一个调整曲率不对称度的可控面，后缘带有襟翼舵的组合舵实质上提供了两个控制面，通过翼舵小控制面控制，改变舵双侧面曲率对称度，能够增大舵叶上产生的水动力系数和控制力矩；同时，通过分别对船舶的舵和翼舵进行驱动，对于相同的控制力矩，可以获得更加高效地驱动方式，从而能够提高船舶航向的控制效率，进而能够降低船舶航行过程中的能耗。

Description

一种船舶矢量舵控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及船舶航向航迹控制技术领域，具体涉及一种船舶矢量舵控制方法、装置及系统。

背景技术

船舶航向控制是船舶航行时不可或缺的功能，是船舶航行的重要性能之一，也是自动化科学技术在船舶工程中应用取得显著成果的一个领域。船舶航向控制的基本机理是将装在船尾部的舵作为施力控制面，通过舵的转动产生水动力矩，进而转换为控制力矩作用于船舶，从而保障船舶按期望的航向航行。

但是，舵叶水动力系数与舵双侧面曲率及曲率不对称度有关。当舵角为一定值时，舵叶产生的水动力矩随其舵两侧曲率及曲率不对称度增加而增大。现有技术中，还没有改变舵两侧曲面曲率的方法，不能增大舵叶上产生的水动力系数和控制力矩，不能提高控制效率，不能降低能耗。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种船舶矢量舵控制方法、装置及系统，可以提高船舶航向控制效率，能够降低能耗。

第一方面，本发明提供的一种船舶矢量舵控制方法，包括：

检测船舶偏离预设航向时的实际航向角；

根据所述预设航向和检测的所述实际航向角，计算校正所述船舶航向的控制力矩；

根据所述控制力矩，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号；

根据所述舵角指令信号，驱动所述船舶的舵，根据所述翼舵角指令信号，驱动所述船舶的翼舵。

可选的，所述根据所述控制力矩，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号，包括：

建立控制力矩解析模型；

建立智能决策指标函数；

基于所述控制力矩解析模型和所述智能决策指标函数，根据所述控制力矩，建立决策规则；

根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号。

可选的，所述控制力矩解析模型为回归模型。

可选的，所述根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号，包括：

采用改进遗传算法，根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号。

可选的，所述根据所述舵角指令信号，驱动所述船舶的舵，根据所述翼舵角指令信号，驱动所述船舶的翼舵，包括：

分别检测所述船舶的舵角和翼舵角；

根据所述舵角指令信号和检测的所述舵角，计算舵控制信号；根据所述翼舵角指令信号和检测的所述翼舵角，计算翼舵控制信号；

根据所述舵控制信号，控制舵驱动装置；根据所述翼舵控制信号，控制翼舵驱动装置；

根据所述舵驱动装置和所述翼舵驱动装置，驱动矢量传动装置；

根据所述矢量传动装置，分别驱动所述船舶的舵和翼舵。

可选的，所述根据所述矢量传动装置，分别独立驱动所述船舶的舵和翼舵，包括：

根据具有任意转角比的舵和翼舵相互独立传动的矢量传动装置，分别独立驱动所述船舶的舵和翼舵。

第二方面，本发明提供的一种船舶矢量舵控制装置，包括：

航向角检测模块，用于检测船舶偏离预设航向时的实际航向角；

控制力矩计算模块，用于根据所述预设航向和检测的所述实际航向角，计算校正所述船舶航向的控制力矩；

指令信号计算模块，用于根据所述控制力矩，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号；

驱动模块，用于根据所述舵角指令信号，驱动所述船舶的舵，根据所述翼舵角指令信号，驱动所述船舶的翼舵。

可选的，所述指令信号计算模块，包括：

解析模型建立单元，用于建立控制力矩解析模型；

指标函数建立单元，用于建立智能决策指标函数；

决策规则建立单元，用于基于所述控制力矩解析模型和所述智能决策指标函数，根据所述控制力矩，建立决策规则；

指令信号计算单元，用于根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号。

可选的，所述驱动模块，包括：

检测单元，用于分别检测所述船舶的舵角和翼舵角；

控制信号计算单元，用于根据所述舵角指令信号和检测的所述舵角，计算舵控制信号；根据所述翼舵角指令信号和检测的所述翼舵角，计算翼舵控制信号；

驱动装置控制单元，用于根据所述舵控制信号，控制舵驱动装置；根据所述翼舵控制信号，控制翼舵驱动装置；

传动装置驱动单元，用于根据所述舵驱动装置和所述翼舵驱动装置，驱动矢量传动装置；

舵和翼舵驱动单元，用于根据所述矢量传动装置，分别驱动所述船舶的舵和翼舵。

第三方面，本发明提供的一种船舶矢量舵控制系统，包括：航向检测模块、航向调节器、智能决策器、舵伺服控制子系统、翼舵伺服控制子系统、矢量传动装置、舵和翼舵；

所述航向检测模块与所述航向调节器连接；所述航向调节器与所述智能决策器连接；所述智能决策器与所述舵伺服控制子系统和所述翼舵伺服控制子系统均连接；所述舵伺服控制子系统和所述翼舵伺服控制子系统均与所述矢量传动装置连接；所述矢量传动装置与所述舵和所述翼舵均连接；

所述航向检测模块用于检测的船舶偏离预设航向时的实际航向角，并将所述实际航向角发送给所述航向调节器；

所述航向调节器用于根据所述实际航向角和预设航向，计算校正所述船舶航向的控制力矩，并将所述控制力矩发送给所述智能决策器；

所述智能决策器用于根据所述控制力矩，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号，并将所述舵角指令信号发送给所述舵伺服控制子系统，将所述翼舵角指令信号发送给所述翼舵伺服控制子系统；

所述舵伺服控制子系统根据所述舵角指令信号控制所述矢量传动装置；所述翼舵伺服控制子系统根据所述翼舵角指令信号控制所述矢量传动装置；

所述矢量传动装置用于在所述舵伺服控制子系统的控制下驱动所述舵，在所述翼舵伺服控制子系统的控制下驱动所述翼舵。

由以上技术方案可知，本发明提供的一种船舶矢量舵控制方法、装置及系统，通过驱动所述船舶的舵和翼舵，能够提高船舶航向控制效率，能够降低能耗。其中，所述翼舵相当于一个调整曲率不对称度的可控面，后缘带有襟翼舵的组合舵实质上提供了两个控制面，通过翼舵小控制面控制，改变舵双侧面曲率对称度，能够增大舵叶上产生的水动力系数和控制力矩；同时，通过分别对船舶的舵和翼舵进行驱动，对于相同的控制力矩，可以获得更加高效地驱动方式，从而能够提高船舶航向的控制效率，进而能够降低船舶航行过程中的能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1示出了本发明第一实施例提供一种船舶矢量舵控制方法的流程图；

图2示出了本发明第一实施例提供舵角指令信号和翼舵角指令信号计算的流程图；

图3示出了本发明第一实施例提供改进遗传算法的流程图；

图4示出了本发明第二实施例提供一种船舶矢量舵控制装置的示意图；

图5示出了本发明第三实施例提供一种船舶矢量舵控制系统结构的示意图；

图6示出了本发明第三实施例提供舵伺服控制子系统和翼舵伺服控制子系统的原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

本发明提供了一种船舶矢量舵控制方法、装置及系统。下面结合附图对本发明的实施例进行说明。

图1示出了本发明第一实施例所提供的一种船舶矢量舵控制方法的流程图。如图1所示，本发明第一实施例提供的一种船舶矢量舵控制方法包括以下步骤：

步骤S101：检测船舶偏离预设航向时的实际航向角；

在本步骤中，所述预设航向是指船舶在行驶过程中规定的行驶方向。所述实际航向角是指船舶在行驶过程中检测航向角时的当前实际航向角。

在船舶航行时，由于风、浪或流的随机干扰作用，船舶将偏离预设航向，需要对船舶的航向进行调整。

步骤S102：根据所述预设航向和检测的所述实际航向角，计算校正所述船舶航向的控制力矩。

在本步骤中，是通过航向调节器计算出校正所述船舶航向的控制力矩。根据所述预设航向和检测的实际航向角，可以首先计算出实际航向角与预设航向的偏差值，进而将所述偏差值转换为相应的控制力矩，这样，通过所述控制力矩作用于船舶，就可以抵消所述偏差值，使船舶实际航向回到预设航向。

步骤S103：根据所述控制力矩，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号。

本步骤，可以包括：建立控制力矩解析模型；建立智能决策指标函数；基于所述控制力矩解析模型和所述智能决策指标函数，根据所述控制力矩，建立决策规则；根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号。如图2所示。

其中，所述控制力矩解析模型，可以是回归模型，可以采用m阶回归模型，这样可以得到较准确的控制力矩解析式。

所述控制力矩解析模型可以选取m阶回归模型，如下所示：

其中u_r(α_r,β_r)表示控制力矩，α_r表示舵角，β_r表示翼舵角。

由于舵为对称剖面，当α_r＝β_r＝0时，u_r(α_r,β_r)＝0，故A₀＝0采用最小二乘法对回归系数(a₁,a₂,…,a_m；b₁,b₂,…,b_m；c₁,c₂,…,c_m-1；d₁,d₂,…,d_m-1)进行参数估计，选取舵和翼舵尾弦比为0.25，剖面为NACA0021，展弦比为1.2的舵/翼舵升力系数试验曲线图谱，对m＝1,2,3,4,5,6时的回归系数进行估计，并对m＝1,2,3,4,5,6时的控制力矩进行采集，对所述控制力矩进行采集，并将所述控制力矩进行曲线拟合，根据拟合结果，当m≥4时，其拟合误差平方

其中，c_r(α_r,β_r)为组合舵水动力系数，且有

式中，ρ表示海水密度，V表示航速，S_r表示组合舵投影面积，L_r表示力臂。

在本步骤中，其中，所述智能决策指标函数是指系统驱动能量函数。

在本步骤中，基于所述控制力矩解析模型和所述智能决策指标函数，根据所述控制力矩，建立决策规则，可以包括：基于所述控制力矩解析模型和所述智能决策指标函数，根据所述控制力矩，建立满足系统驱动能量最小的条件的决策规则。其中，所述系统驱动能量最小也就系统能耗最小。然后再根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号。这样，就能够得到所需系统能耗最小的舵角指令信号和翼舵角指令信号，在驱动船舶回到预设航向时消耗最少的能耗，能够节省资源。

所述建立智能决策指标函数的过程，如下所示：

若记M_αr为舵伺服系统驱动力矩，M_βr为翼舵伺服系统驱动力矩，则从k时刻到k+1时刻系统驱动能量为

M_αr+M_αN+M_αJ+M_αh+M_αf＝0

M_βr+M_βN+M_βJ+M_βh+M_βf＝0

其中，M_αN为主舵扭矩，M_αJ为主舵惯性力矩；M_αh为主舵恢复力矩；M_αf为主舵摩擦力矩；M_βN为翼舵扭矩；M_βJ为翼舵惯性力矩；M_βh为翼舵恢复力矩；M_βf为翼舵摩擦力矩。

于是有

其中，L_αr和L_βr分别为水动力作用点距主舵轴、翼舵轴的距离，c_αr(·)和c_βN(·)分别为主舵和翼舵的扭矩系数。

建立决策规则的过程，如下所示：

舵和翼舵的组合舵上产生的控制力矩u_r(α_r,β_r)是舵角和翼舵角的二元函数，当航向调节器计算得到校正航向所需控制力矩为N_r(k+1)时，应满足u_r(α_r(k+1),β_r(k+1))＝N_r(k+1)，考虑到舵角、舵角速度、翼舵角、翼舵角速度均有限制，故有

舵角和翼舵角决策规则为：在保证N_r(k+1)同时，使系统驱动能量最小即

J_r(k+1)min

u_r(α_r(k+1),β_r(k+1))＝N_r(k+1)

其中，控制力矩u_r(α_r,β_r)、舵角和翼舵角能够构成一个三维空间(u_r,α_r,β_r)，由于所述舵和翼舵可以独立控制，进而可以独立转动角度，因此，在三维空间(u_r,α_r,β_r)中，对应一个控制力矩u_r值，会有多组甚至无穷多组舵和翼舵(α_r,β_r)的组合值与之对应，即对应的二维(α_r,β_r)平面上形成了一个u_r(α_r,β_r)空间曲线。在(α_r,β_r)平面上，取值范围为-α_rmax≤α_r≤α_rmax，-β_rmax≤β_r≤β_rmax,这就使得我们有可能从众多的(α_r,β_r)取值中，选取一组最佳的,保证最佳控制效果。

在本发明提供的一个具体实施例中，所述根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号，包括：采用改进遗传算法，根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号。通过采用改进遗传算法计算所述舵角指令信号和翼舵角指令信号，可以得到最优的决策，能够得到最优的舵角指令信号和翼舵角指令信号。

在本步骤中，计算舵角指令信号和翼舵角指令信号，也就是寻找最优的一组舵角和翼舵角α_rg(k+1),β_rg(k+1)。

在本步骤中，可以采用改进遗传算法实现最优决策，通过初始种群选取、适应度函数选取、搜索空间范围确定、二进制编码、改进遗传算子和遗传操作等步骤来实现，如图3所示。

首先，采用IFD法产生舵角和翼舵角(α_r,β_r)的初始种群，然后进行二进制编码，再计算系统驱动能量的适应度函数，再根据所述适应度函数，采用共享机制小生境法调整个体适应度值，接下来选择比例因子，再根据所述比例因子选择单点交叉概率，再根据所述单点交叉概率选择基因位变异概率，根据所述基因位变异概率计算个体适应度函数值，根据所述个体适应度函数值判断是否终止计算，若是，则给出舵角和翼舵角的最优解α_rg(k+1),β_rg(k+1)，若不是，则重新计算系统驱动能量的适应度函数，重新计算个体适应度函数值。

其中，所述适应度函数可以是：

f(α_r(k+1),β_r(k+1))＝1/1+J_r(α_r(k+1),β_r(k+1))

步骤S104：根据所述舵角指令信号，驱动所述船舶的舵，根据所述翼舵角指令信号，驱动所述船舶的翼舵。

本步骤，可以包括：分别检测所述船舶的舵角和翼舵角；根据所述舵角指令信号和检测的所述舵角，计算舵控制信号；根据所述翼舵角指令信号和检测的所述翼舵角，计算翼舵控制信号；根据所述舵控制信号，控制舵驱动装置；根据所述翼舵控制信号，控制翼舵驱动装置；根据所述舵驱动装置和所述翼舵驱动装置，驱动矢量传动装置；根据所述矢量传动装置，分别驱动所述船舶的舵和翼舵。

根据所述矢量传动装置，可以分别驱动所述船舶的舵和翼舵转到舵角指令信号和翼舵角指令信号对应的角度上，从而产生对应的控制力矩作用于船体上，达到控制航向角使船舶回到预设航向的目的。

在本发明提供的一个具体实施例中，所述根据所述矢量传动装置，分别独立驱动所述船舶的舵和翼舵，包括：根据具有任意转角比的舵和翼舵相互独立传动的矢量传动装置，分别独立驱动所述船舶的舵和翼舵。

通过采用具有任意转角比的舵和翼舵相互独立传动的矢量传动装置，可以实现对舵和翼舵的独立控制。根据流体力学理论，舵叶水动力系数与舵双侧面曲率及曲率不对称度有关。当舵角为一定值时，舵叶产生的水动力矩随舵两侧曲率及曲率不对称度增加而增大。翼舵相当于一个调整曲率不对称度的可控面，后缘带有襟翼舵的组合舵实质上提供了两个控制面，通过翼舵小控制面控制，可以改变舵双侧面曲率对称度，增大舵叶上产生的水动力系数和控制力矩，从而实现提高控制效率、降低能耗的目的。当水动力系数确定时，其舵上产生的水动力矩随其舵角增加而增大，当达到最大限定舵角时，其水动力矩达到最大值，因此，当舵角最大时，可以通过控制翼舵来提高水动力距。

通过本发明，可以寻找出一个最优的舵和翼舵(α_r,β_r)的组合值，能够更好地发挥舵效，能够提高控制效果，降低系统能耗。

在本发明中，这种对舵和翼舵相互独立运动控制的技术为矢量控制技术，能够达到提高船舶航行控制性能、降低系统能耗，实现系统增效节能之目的。

在上述的第一实施例中，提供了一种船舶矢量舵控制方法，与之相对应的，本申请还提供一种船舶矢量舵控制装置。请参考图4，其为本发明第二实施例提供的一种船舶矢量舵控制装置。由于装置实施例基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。下述描述的装置实施例仅仅是示意性的。

本发明第二实施例提供的一种船舶矢量舵控制装置，包括：

航向角检测模块101，用于检测船舶偏离预设航向时的实际航向角；

控制力矩计算模块102，用于根据所述预设航向和检测的所述实际航向角，计算校正所述船舶航向的控制力矩；

指令信号计算模块103，用于根据所述控制力矩，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号；

驱动模块104，用于根据所述舵角指令信号，驱动所述船舶的舵，根据所述翼舵角指令信号，驱动所述船舶的翼舵。

在本发明提供的一个具体实施例中，所述指令信号计算模块103，包括：

解析模型建立单元，用于建立控制力矩解析模型；

指标函数建立单元，用于建立智能决策指标函数；

决策规则建立单元，用于基于所述控制力矩解析模型和所述智能决策指标函数，根据所述控制力矩，建立决策规则；

指令信号计算单元，用于根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号。

在本发明提供的一个具体实施例中，所述控制力矩解析模型为回归模型。

在本发明提供的一个具体实施例中，所述指令信号计算单元，具体用于：

采用改进遗传算法，根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号。

在本发明提供的一个具体实施例中，所述驱动模块104，包括：

检测单元，用于分别检测所述船舶的舵角和翼舵角；

控制信号计算单元，用于根据所述舵角指令信号和检测的所述舵角，计算舵控制信号；根据所述翼舵角指令信号和检测的所述翼舵角，计算翼舵控制信号；

驱动装置控制单元，用于根据所述舵控制信号，控制舵驱动装置；根据所述翼舵控制信号，控制翼舵驱动装置；

传动装置驱动单元，用于根据所述舵驱动装置和所述翼舵驱动装置，驱动矢量传动装置；

舵和翼舵驱动单元，用于根据所述矢量传动装置，分别驱动所述船舶的舵和翼舵。

在本发明提供的一个具体实施例中，所述舵和翼舵驱动单元，具体用于：

根据具有任意转角比的舵和翼舵相互独立传动的矢量传动装置，分别独立驱动所述船舶的舵和翼舵。

以上，为本发明第二实施例提供的一种船舶矢量舵控制装置的实施例说明。

本发明提供的一种船舶矢量舵控制装置与上述一种船舶矢量舵控制方法出于相同的发明构思，具有相同的有益效果，此处不再赘述。

在上述的第一实施例中，提供了一种船舶矢量舵控制方法，与之相对应的，本申请还提供一种船舶矢量舵控制系统。请参考图5，其为本发明第三实施例提供的一种船舶矢量舵控制系统。由于系统实施例基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。下述描述的系统实施例仅仅是示意性的。

本发明第三实施例提供的一种船舶矢量舵控制系统，包括：航向检测装置、航向调节器、智能决策器、舵伺服控制子系统、翼舵伺服控制子系统、矢量传动装置、舵和翼舵；

所述航向检测装置与所述航向调节器连接；所述航向调节器与所述智能决策器连接；所述智能决策器与所述舵伺服控制子系统和所述翼舵伺服控制子系统均连接；所述舵伺服控制子系统和所述翼舵伺服控制子系统均与所述矢量传动装置连接；所述矢量传动装置与所述舵和所述翼舵均连接；

所述航向检测装置用于检测的船舶偏离预设航向时的实际航向角，并将所述实际航向角发送给所述航向调节器；

所述航向调节器用于根据所述实际航向角和预设航向，计算校正所述船舶航向的控制力矩，并将所述控制力矩发送给所述智能决策器；

所述智能决策器用于根据所述控制力矩，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号，并将所述舵角指令信号发送给所述舵伺服控制子系统，将所述翼舵角指令信号发送给所述翼舵伺服控制子系统；

所述舵伺服控制子系统根据所述舵角指令信号控制所述矢量传动装置；所述翼舵伺服控制子系统根据所述翼舵角指令信号控制所述矢量传动装置；

所述矢量传动装置用于在所述舵伺服控制子系统的控制下驱动所述舵，在所述翼舵伺服控制子系统的控制下驱动所述翼舵。

其中，所述矢量传动装置与所述舵和翼舵可以为机械连接，可以根据所述舵角指令信号连带驱动所述舵，根据所述翼舵角指令信号连带驱动所述翼舵。

在船舶航行时，由于风、浪或流的随机干扰作用，船舶将偏离预设航向，需要对船舶的航向进行调整。通过根据所述舵角指令信号驱动所述舵，根据所述翼舵角指令信号驱动所述翼舵，能够分别独立控制所述舵和翼舵，从而产生相应的控制力矩并作用于船体上，达到控制航向角使船舶回到预设航向的目的。

在本发明提供的一个具体实施例中，所述智能决策器，包括：解析模型建立模块、指标函数建立模块、决策规则建立模块和指令信号计算模块；

所述解析模型建立模块，用于建立控制力矩解析模型；

所述指标函数建立模块，用于建立智能决策指标函数；

所述决策规则建立模块与所述解析模型建立模块、指标函数建立模块和所述航向调节器均连接；

所述决策规则建立模块用于调用所述解析模型建立模块中的所述控制力矩解析模型，调用所述指标函数建立模块中的所述智能决策指标函数，接收所述航向调节器发送的所述控制力矩，并基于所述控制力矩解析模型和所述智能决策指标函数，根据所述控制力矩，建立决策规则；

所述指令信号计算模块与所述决策规则建立模块、所述舵伺服控制子系统和所述翼舵伺服控制子系统均连接；

所述指令信号计算模块用于接收所述决策规则，并根据所述决策规则计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号，并将所述舵角指令信号发送给所述舵伺服控制子系统，将所述翼舵角指令信号发送给所述翼舵伺服控制子系统。

其中，所述控制力矩解析模型可以为回归模型。

其中，所述指令信号计算单元可以采用改进遗传算法，根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号。

在本发明提供的一个具体实施例中，所述舵伺服控制子系统，包括：舵角检测模块、舵控制器和舵驱动模块；

所述舵角检测模块设置在所述舵上；

所述舵角检测模块与所述舵控制器连接；所述舵控制器与所述舵驱动模块和所述指令信号计算模块均连接；所述舵驱动模块与所述矢量传动装置连接；

所述舵角检测模块用于检测所述舵的舵角，并将检测的所述舵角发送给所述舵控制器；

所述舵控制器用于接收所述指令信号计算模块发送的所述舵角指令信号，并根据所述舵角指令信号和所述舵角，计算舵控制信号；

所述舵驱动模块用于接收所述舵控制器发送的所述舵控制信号，并根据所述舵控制信号控制所述矢量传动装置；

所述矢量传动装置在所述舵驱动模块的控制下驱动所述舵。

在本发明提供的一个具体实施例中，所述翼舵伺服控制子系统，包括：翼舵角检测模块、翼舵控制器和翼舵驱动模块；

所述翼舵角检测模块设置在所述翼舵上；

所述翼舵角检测模块与所述翼舵控制器连接；所述翼舵控制器与所述翼舵驱动模块和所述指令信号计算模块均连接；所述翼舵驱动模块与所述矢量传动装置连接；

所述翼舵角检测模块用于检测所述翼舵的翼舵角，并将检测的所述翼舵角发送给所述翼舵控制器；

所述翼舵控制器用于接收所述指令信号计算模块发送的所述翼舵角指令信号，并根据所述翼舵角指令信号和所述翼舵角，计算翼舵控制信号；

所述翼舵驱动模块用于接收所述翼舵控制器发送的所述翼舵控制信号，并根据所述翼舵控制信号控制所述矢量传动装置；

所述矢量传动装置在所述翼舵驱动模块的控制下驱动所述翼舵。

其中，所述矢量传动装置可以是具有任意转角比的舵和翼舵相互独立传动的矢量传动装置。

其中，所述舵伺服控制子系统和所述翼舵伺服控制子系统的原理图如图6所示。

其中，所述舵驱动模块与所述翼舵驱动模块可以是电液驱动模块，也可以是电动驱动模块。

以上，为本发明第三实施例提供的一种船舶矢量舵控制系统的实施例说明。

本发明提供的一种船舶矢量舵控制系统与上述一种船舶矢量舵控制方法出于相同的发明构思，具有相同的有益效果，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种船舶矢量舵控制方法，其特征在于，包括：

检测船舶偏离预设航向时的实际航向角；

根据所述预设航向和检测的所述实际航向角，计算校正所述船舶航向的控制力矩；

根据所述控制力矩，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号；

根据所述舵角指令信号，驱动所述船舶的舵，根据所述翼舵角指令信号，驱动所述船舶的翼舵。

2.根据权利要求1所述的船舶矢量舵控制方法，其特征在于，所述根据所述控制力矩，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号，包括：

建立控制力矩解析模型；

建立智能决策指标函数；

基于所述控制力矩解析模型和所述智能决策指标函数，根据所述控制力矩，建立决策规则；

根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号。

3.根据权利要求2所述的船舶矢量舵控制方法，其特征在于，所述控制力矩解析模型为回归模型。

4.根据权利要求2所述的船舶矢量舵控制方法，其特征在于，所述根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号，包括：

采用改进遗传算法，根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号。

5.根据权利要求1所述的船舶矢量舵控制方法，其特征在于，所述根据所述舵角指令信号，驱动所述船舶的舵，根据所述翼舵角指令信号，驱动所述船舶的翼舵，包括：

分别检测所述船舶的舵角和翼舵角；

根据所述舵角指令信号和检测的所述舵角，计算舵控制信号；根据所述翼舵角指令信号和检测的所述翼舵角，计算翼舵控制信号；

根据所述舵控制信号，控制舵驱动装置；根据所述翼舵控制信号，控制翼舵驱动装置；

根据所述舵驱动装置和所述翼舵驱动装置，驱动矢量传动装置；

根据所述矢量传动装置，分别驱动所述船舶的舵和翼舵。

6.根据权利要求5所述的船舶矢量舵控制方法，其特征在于，所述根据所述矢量传动装置，分别独立驱动所述船舶的舵和翼舵，包括：

根据具有任意转角比的舵和翼舵相互独立传动的矢量传动装置，分别独立驱动所述船舶的舵和翼舵。

7.一种船舶矢量舵控制装置，其特征在于，包括：

航向角检测模块，用于检测船舶偏离预设航向时的实际航向角；

控制力矩计算模块，用于根据所述预设航向和检测的所述实际航向角，计算校正所述船舶航向的控制力矩；

指令信号计算模块，用于根据所述控制力矩，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号；

驱动模块，用于根据所述舵角指令信号，驱动所述船舶的舵，根据所述翼舵角指令信号，驱动所述船舶的翼舵。

8.根据权利要求7所述的船舶矢量舵控制方法，其特征在于，所述指令信号计算模块，包括：

解析模型建立单元，用于建立控制力矩解析模型；

指标函数建立单元，用于建立智能决策指标函数；

决策规则建立单元，用于基于所述控制力矩解析模型和所述智能决策指标函数，根据所述控制力矩，建立决策规则；

指令信号计算单元，用于根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号。

9.根据权利要求7所述的船舶矢量舵控制方法，其特征在于，所述驱动模块，包括：

检测单元，用于分别检测所述船舶的舵角和翼舵角；

控制信号计算单元，用于根据所述舵角指令信号和检测的所述舵角，计算舵控制信号；根据所述翼舵角指令信号和检测的所述翼舵角，计算翼舵控制信号；

驱动装置控制单元，用于根据所述舵控制信号，控制舵驱动装置；根据所述翼舵控制信号，控制翼舵驱动装置；

传动装置驱动单元，用于根据所述舵驱动装置和所述翼舵驱动装置，驱动矢量传动装置；

舵和翼舵驱动单元，用于根据所述矢量传动装置，分别驱动所述船舶的舵和翼舵。

10.一种船舶矢量舵控制系统，包括：航向检测模块、航向调节器、智能决策器、舵伺服控制子系统、翼舵伺服控制子系统、矢量传动装置、舵和翼舵；

所述航向检测模块与所述航向调节器连接；所述航向调节器与所述智能决策器连接；所述智能决策器与所述舵伺服控制子系统和所述翼舵伺服控制子系统均连接；所述舵伺服控制子系统和所述翼舵伺服控制子系统均与所述矢量传动装置连接；所述矢量传动装置与所述舵和所述翼舵均连接；

所述航向检测模块用于检测的船舶偏离预设航向时的实际航向角，并将所述实际航向角发送给所述航向调节器；

所述航向调节器用于根据所述实际航向角和预设航向，计算校正所述船舶航向的控制力矩，并将所述控制力矩发送给所述智能决策器；

所述智能决策器用于根据所述控制力矩，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号，并将所述舵角指令信号发送给所述舵伺服控制子系统，将所述翼舵角指令信号发送给所述翼舵伺服控制子系统；

所述舵伺服控制子系统根据所述舵角指令信号控制所述矢量传动装置；所述翼舵伺服控制子系统根据所述翼舵角指令信号控制所述矢量传动装置；

所述矢量传动装置用于在所述舵伺服控制子系统的控制下驱动所述舵，在所述翼舵伺服控制子系统的控制下驱动所述翼舵。