CN112578801A - 一种船舶航向抗干扰控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶航向抗干扰控制方法，该方法包括：通过船舶的实际航向角度与船舶的预设航向角度，确定船舶的航向差；通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶初始参数确定船舶航向的控制量；并通过船舶的航行状态确定船舶航向的干扰补偿量；通过所述控制量和所述干扰补偿量调整船舶航向。本发明的有益效果为：本申请所述的船舶航向抗干扰控制方法不依赖船舶模型进行辨识，通过对船舶运行状态的实时监测自行调整控制参数并补偿抵抗外界干扰；有效降低了计算量，同时还可以应用于各种海况，提高了干扰情况下的航向控制精度。

Description

一种船舶航向抗干扰控制方法

技术领域

本发明涉及船舶航向控制技术领域，具体而言，涉及一种船舶航向抗干扰控制方法。

背景技术

目前在船舶航向控制的实际应用中，主要有两种方法：一种是基于人工经验调整参数的PID控制方法，另一种是基于模型辨识的自适应控制方法。其中PID控制方法不能自调整参数应对外界干扰，并且调整PID参数工作量较大；基于模型辨识的自适应控制方法只能辨识较为平静海况下的船舶模型，而对于恶劣海况下的船舶模型不再适用，辨识出的量值不能准确反映恶劣海况下外界多种多样的干扰的量值，从而影响自适应的控制效果。

发明内容

为解决PID控制方法不能应对外界干扰且工作量大，以及自适应控制方法辨识模型局限且计算量大的问题，本发明的目的在于提供一种船舶航向抗干扰控制方法。

本发明提供了一种船舶航向抗干扰控制方法，该方法包括：

通过船舶的实际航向角度与船舶的预设航向角度，确定船舶的航向差；

通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶初始参数确定船舶航向的控制量；并通过船舶的航行状态确定船舶航向的干扰补偿量；

通过所述控制量和所述干扰补偿量调整船舶航向。

作为本发明进一步的改进，所述通过船舶的实际航向角度与船舶的预设航向角度，确定船舶的航向差，包括：

通过船舶的期望转向角度，确定船舶的预设航向角度；

通过传感器监测船舶的运行状态，确定船舶的实际航向角度；

比较所述实际航向角和所述预设角度，将二者的差值确定为船舶的航向差，在所述实际航向角度大于所述预设航向角度时，对船舶航行的控制参数进行渐增大调整，以使船舶根据调整后的控制参数多次转向后所述控制参数恒定。

作为本发明进一步的改进，所述对船舶航行的控制参数进行逐渐增大调整包括：对船舶航行的控制参数按照一定比例进行多次增大。

作为本发明进一步的改进，所述通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶的初始参数，确定船舶航向的控制量；并通过船舶的运行状态确定船舶航向的干扰补偿量，包括：

通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶初始参数确定船舶的控制参数，通过所述控制参数确定船舶航向的控制量；

比较所述航向差和所述预设控制精度，以及所述转向率的方向和所述航向差的方向；

当所述航向差大于所述预设控制精度，且所述转向率的方向和所述航向差的方向相反时，将所述航向差确定为所述干扰补偿量。

作为本发明进一步的改进，所述方法还包括：

通过船舶的运行状态对船舶的转向率进行实时监测，使所述转向率不大于预设最大转向率。

作为本发明进一步的改进，所述通过船舶的运行状态对船舶的转向率进行实时监测，使所述转向率不大于预设最大转向率，包括：

当所述转向率大于所述预设最大转向率时，通过所述船舶的船长、船速、最大吃水量和最小吃水量调整船舶航行的控制参数，使所述转向率不大于所述预设最大转向率。

作为本发明进一步的改进，所述方法还包括：

在船舶处于航向保持阶段时，对船舶的运行状态进行实时监测，确定外部干扰造成的航向差是否需要补偿；

当处于航向保持阶段的航向差大于所述预设控制精度时，且处于航向保持阶段的转向率的方向和所述处于航向保持阶段的航向差的方向相反时，通过所述处于航向保持阶段的航向差对船舶航向进行补偿。

本发明提供了还提供了一种船舶航向抗干扰控制系统，其特征在于，包括：

航向差确定模块，用于比较船舶的实际航向角度与船舶的预设航向角度，确定船舶的航向差；控制量和干扰补偿量确定模块，用于通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶的初始参数，确定船舶航向的控制量；并通过船舶的航行状态确定船舶航向的干扰补偿量；

船舶航向调整模块，用于根据所述控制量和所述干扰补偿量对船舶的航向进行调整。

作为本发明进一步的改进，所述通过船舶的实际航向角度与船舶的预设航向角度，确定船舶的航向差，包括：

通过船舶的期望转向角度，确定船舶的预设航向角度；

通过传感器监测船舶的运行状态，确定船舶的实际航向角度；

比较所述实际航向角和所述预设角度，将二者的差值确定为船舶的航向差，在所述实际航向角度大于所述预设航向角度时，对船舶航行的控制参数进行渐增大调整，以使船舶根据调整后的控制参数多次转向后所述控制参数恒定。

作为本发明进一步的改进，所述对船舶航行的控制参数进行逐渐增大调整包括：对船舶航行的控制参数按照一定比例进行多次增大。

作为本发明进一步的改进，所述通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶的初始参数，确定船舶航向的控制量；并通过船舶的航行状态确定船舶航向的干扰补偿量，包括：

通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶初始参数确定船舶的控制参数，通过所述控制参数确定船舶航向的控制量；

比较所述航向差和所述预设控制精度，以及所述转向率的方向和所述航向差的方向；

当所述航向差大于所述预设控制精度，且所述转向率的方向和所述航向差的方向相反时，将所述航向差确定为所述干扰补偿量。

作为本发明进一步的改进，所述方法还包括：

通过船舶的运行状态对船舶的转向率进行实时监测，使所述转向率不大于预设最大转向率。

作为本发明进一步的改进，所述通过船舶的运行状态对船舶的转向率进行实时监测，使所述转向率不大于预设最大转向率，包括：

当所述转向率大于所述预设最大转向率时，通过所述船舶的船长、船速、最大吃水量和最小吃水量调整船舶航行的控制参数，使所述转向率不大于所述预设最大转向率。

作为本发明进一步的改进，所述方法还包括：

在船舶处于航向保持阶段时，对船舶的运行状态进行实时监测，确定外部干扰造成的航向差是否需要补偿；

当处于航向保持阶段的航向差大于所述预设控制精度时，且处于航向保持阶段的转向率的方向和所述处于航向保持阶段的航向差的方向相反时，通过所述处于航向保持阶段的航向差对船舶航向进行补偿。

本发明提供了还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被处理器执行以实现上述的船舶航向抗干扰控制方法。

作为本发明进一步的改进，所述通过船舶的实际航向角度与船舶的预设航向角度，确定船舶的航向差，包括：

通过船舶的期望转向角度，确定船舶的预设航向角度；

通过传感器监测船舶的运行状态，确定船舶的实际航向角度；

比较所述实际航向角和所述预设角度，将二者的差值确定为船舶的航向差，在所述实际航向角度大于所述预设航向角度时，对船舶航行的控制参数进行渐增大调整，以使船舶根据调整后的控制参数多次转向后所述控制参数恒定。

作为本发明进一步的改进，所述对船舶航行的控制参数进行逐渐增大调整包括：对船舶航行的控制参数按照一定比例进行多次增大。

作为本发明进一步的改进，所述通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶的初始参数，确定船舶航向的控制量；并通过船舶的航行状态确定船舶航向的干扰补偿量，包括：

通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶初始参数确定船舶的控制参数，通过所述控制参数确定船舶航向的控制量；

比较所述航向差和所述预设控制精度，以及所述转向率的方向和所述航向差的方向；

当所述航向差大于所述预设控制精度，且所述转向率的方向和所述航向差的方向相反时，将所述航向差确定为所述干扰补偿量。

作为本发明进一步的改进，所述方法还包括：

通过船舶的运行状态对船舶的转向率进行实时监测，使所述转向率不大于预设最大转向率。

作为本发明进一步的改进，所述通过船舶的运行状态对船舶的转向率进行实时监测，使所述转向率不大于预设最大转向率，包括：

当所述转向率大于所述预设最大转向率时，通过所述船舶的船长、船速、最大吃水量和最小吃水量调整船舶航行的控制参数，使所述转向率不大于所述预设最大转向率。

作为本发明进一步的改进，所述方法还包括：

在船舶处于航向保持阶段时，对船舶的运行状态进行实时监测，确定外部干扰造成的航向差是否需要补偿；

当处于航向保持阶段的航向差大于所述预设控制精度时，且处于航向保持阶段的转向率的方向和所述处于航向保持阶段的航向差的方向相反时，通过所述处于航向保持阶段的航向差对船舶航向进行补偿。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现上述的船舶航向抗干扰控制方法。

作为本发明进一步的改进，所述通过船舶的实际航向角度与船舶的预设航向角度，确定船舶的航向差，包括：

通过船舶的期望转向角度，确定船舶的预设航向角度；

通过传感器监测船舶的运行状态，确定船舶的实际航向角度；

比较所述实际航向角和所述预设角度，将二者的差值确定为船舶的航向差，在所述实际航向角度大于所述预设航向角度时，对船舶航行的控制参数进行渐增大调整，以使船舶根据调整后的控制参数多次转向后所述控制参数恒定。

作为本发明进一步的改进，所述对船舶航行的控制参数进行逐渐增大调整包括：对船舶航行的控制参数按照一定比例进行多次增大。

作为本发明进一步的改进，所述通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶的初始参数，确定船舶航向的控制量；并通过船舶的航行状态确定船舶航向的干扰补偿量，包括：

通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶初始参数确定船舶的控制参数，通过所述控制参数确定船舶航向的控制量；

比较所述航向差和所述预设控制精度，以及所述转向率的方向和所述航向差的方向；

当所述航向差大于所述预设控制精度，且所述转向率的方向和所述航向差的方向相反时，将所述航向差确定为所述干扰补偿量。

作为本发明进一步的改进，所述方法还包括：

通过船舶的运行状态对船舶的转向率进行实时监测，使所述转向率不大于预设最大转向率。

作为本发明进一步的改进，所述通过船舶的运行状态对船舶的转向率进行实时监测，使所述转向率不大于预设最大转向率，包括：

当所述转向率大于所述预设最大转向率时，通过所述船舶的船长、船速、最大吃水量和最小吃水量调整船舶航行的控制参数，使所述转向率不大于所述预设最大转向率。

作为本发明进一步的改进，所述方法还包括：

在船舶处于航向保持阶段时，对船舶的运行状态进行实时监测，确定外部干扰造成的航向差是否需要补偿；

当处于航向保持阶段的航向差大于所述预设控制精度时，且处于航向保持阶段的转向率的方向和所述处于航向保持阶段的航向差的方向相反时，通过所述处于航向保持阶段的航向差对船舶航向进行补偿。

本发明的有益效果为：本申请所述的船舶航向抗干扰控制方法不依赖船舶模型进行辨识，通过对船舶运行状态的实时监测自行调整控制参数并补偿抵抗外界干扰；有效降低了计算量，同时还可以应用于各种海况，提高了干扰情况下的航向控制精度。

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为本发明实施例所述的一种船舶航向抗干扰控制方法流程图；

图2为本发明实施例所述的某船舶转向过程中抗干扰控制方法流程图。

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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明的描述中，所用术语仅用于说明目的，并非旨在限制本发明的范围。术语“包括”和/或“包含”用于指定所述元件、步骤、操作和/或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他元件、步骤、操作和/或组件的情况。术语“第一”、“第二”等可能用于描述各种元件，不代表顺序，且不对这些元件起限定作用。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个及两个以上。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。结合以下附图，这些和/或其他方面变得显而易见，并且，本领域普通技术人员更容易理解关于本发明所述实施例的说明。附图仅出于说明的目的用来描绘本发明所述实施例。本领域技术人员将很容易地从以下说明中认识到，在不背离本发明所述原理的情况下，可以采用本发明所示结构和方法的替代实施例。

相关技术中，在船舶航向控制的实际应用中：基于人工经验调整参数的PID控制方法，需要随行的船员根据实际运行情况和海面情况，以及技术指导试凑船舶航行过程中的控制参数，其不能自调整参数应对外界干扰，并且试凑难度和工作量大，增加了船员的工作量；基于模型辨识的自适应控制方法要求在较平静的海况（一般为3级海况）下进行辨识，这个辨识条件限制了船舶模型的应用，不能用来准确处理恶劣海况下船舶的航行变化，另外模型不能辨识大小和方向不确定周期变化带来的干扰，并且模型增加了系统的计算量。

如图1所示，本发明实施例所述的一种船舶航向抗干扰控制方法，该方法包括：

通过船舶的实际航向角度与船舶的预设航向角度，确定船舶的航向差；

通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶的初始参数，确定船舶航向的控制量；并通过船舶的航行状态确定船舶航向的干扰补偿量；

通过所述控制量和所述干扰补偿量调整船舶航向；

所述通过船舶的实际航向角度与船舶的预设航向角度，确定船舶的航向差，包括：

通过船舶的期望转向角度，确定船舶的预设航向角度；

通过传感器监测船舶的运行状态，确定船舶的实际航向角度；

比较所述实际航向角度和所述预设航向角度，将二者的差值确定为船舶的航向差，在所述实际航向角度大于所述预设航向角度时，对船舶航行的控制参数进行逐渐增大调整，以使船舶根据调整后的控制参数多次转向后所述控制参数恒定。

本实施例中将期望转向角设定为船舶的预设航向角度，根据期望转向角和当前实际航向角的航向差对船舶实施起转，如果船舶在航行过程中不需要进行转向，则保持当前航向继续航行。在船舶转向过程进入收舵阶段时，通过安装在船舶上的磁罗经传感器或电罗经传感器对船舶的实际航向角度进行测定，并将实际航向角度与预设航向角度进行大小比较，当船舶的实际航向角度大于预设航向角度（即转向超调）时，即进行船舶航行的控制参数的调整，以改善转向超调问题。当船舶的实际航向角度略大于或等于预设航向角度时，说明船舶转向满足期望转向角，无需对船舶航行控制参数进行调整。当确定了船舶出现转向超调问题的同时，需要确定克服外界干扰的补偿量，通过所得的补偿量对船舶航向予以调整，以使船舶的航向满足期望转向角。

在一种可选的实施方式中，所述对船舶航行的控制参数进行逐渐增大调整包括：对船舶航行的控制参数按照一定比例进行多次增大。本实施例中将船舶初始控制参数以每次1.2倍的倍数进行逐渐增大，以使船舶的转向超调问题逐次得以改善。船舶控制参数的每次增大倍数根据船舶的实际的航行情况和自身参数进行调整，本申请不做具体限定。

在一种可选的实施方式中，所述通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶的初始参数，确定船舶航向的控制量；并通过船舶的航行状态确定船舶航向的干扰补偿量，包括：

通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶初始参数确定船舶的控制参数，通过所述控制参数确定船舶航向的控制量；

比较所述航向差和所述预设控制精度，以及所述转向率的方向和所述航向差的方向；

当所述航向差大于所述预设控制精度，且所述转向率的方向和所述航向差的方向相反时，将所述航向差确定为所述干扰补偿量。

其中，预设控制精度根据船舶自身参数和航行要求确定，本申请不做具体限定，转向率和航向差的方向规定为正向和负向两种。当航向差超过预设控制精度，并且转向率为正向、航向差为负向时；或者当航向差超过预设控制精度，并且转向率为负向、航向差为正向时，将当前船舶的航向差作为船舶的干扰补偿量的大小。

在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：

通过船舶的运行状态对船舶的转向率进行实时监测，使所述转向率不大于预设最大转向率。

当所述转向率大于预设最大转向率时，通过所述船舶的船长、船速、最大吃水量和最小吃水量调整所述船舶航行的控制参数，使所述转向率不大于预设最大转向率。

在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：

在船舶处于航向保持阶段时，对船舶的运行状态进行实时监测，确定外部干扰造成的航向差是否需要补偿；

当处于航向保持阶段的航向差大于所述预设控制精度时，且处于航向保持阶段的转向率的方向和所述处于航向保持阶段的航向差的方向相反时，通过所述处于航向保持阶段的航向差对船舶航向进行补偿。

当通过控制量和干扰补偿量对船舶航向进行调整，即船舶完成转向后，船舶进入航向保持阶段，通过传感器对船舶的运行状态进行实时监测，根据获得船舶的航向判断外部干扰是否导致船舶的航向差超过预设控制精度，如果当前航向差（处于航向保持阶段的航向差）超过预设控制精度且当前转向率（处于航向保持阶段的转向率）的方向与当前航向差（处于航向保持阶段的航向差）的方向相反，则将当前航向差（处于航向保持阶段的航向差）作为干扰补偿量的大小，对船舶航向进行补偿。

如图2所示，本申请以某船舶转向控制方法为例，说明本申请所述的一种船舶航向抗干扰控制方法的具体流程：

S1，通过人机交互界面或程序对船舶的船长、航速、最大吃水量和最小吃水量等参数进行初始化，并设定船舶的预设最大转向率和预设控制精度；

S2，根据船舶的期望转向角度大小，通过船舵对船舶实施起转，在转向过程中需要对船舶的转向率进行实时监控，当船舶的转向率大于预设最大转向率时，需要根据船舶航行的控制参数对船舶的转向率进行控制，即调整船舵角的方向和大小使船舶的实际转向率不会超过预设最大转向率；

S3，当进入收舵阶段，将监测得到的船舶的实际航向角度与期望转向角度进行比较，确定是否存在航向差，通过初始船舶参数得到的船舶航行控制参数、航向差和转向率得到控制量；当船舶的实际航向角度超过了期望转向角度，，对通过初始船舶参数得到的船舶航行控制参数进行逐渐增大调整，使得船舶根据调整后的控制参数多次转向后该控制参数趋于恒定；如果在这个过程中，转向率的方向和当前航向差方向相反，该航向差即为干扰补偿量，通过确定的干扰补偿量和控制参数确定的控制量共同对船舶的航向进行调整；

S4，调整完成之后船舶即收舵完成，进入航向保持阶段，此时对船舶的运行状态进行实时监测，确定外部干扰对船舶造成的航向差是否需要进行补偿调整，当外部干扰造成的航向差超过预设精度时，且转向率的方向和航向差的方向相反时，需要对船舶航向进行再次干扰补偿，其中干扰补偿量的大小根据船舶的当前航向差（处于航向保持阶段的航向差）予以确定。

本发明实施例所述的一种船舶航向抗干扰控制系统，包括：

航向差确定模块，用于比较船舶的实际航向角度与船舶的预设航向角度，确定船舶的航向差；

控制量和干扰补偿量确定模块，用于通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶的初始参数，确定船舶航向的控制量；并通过船舶的航行状态确定船舶航向的干扰补偿量；

船舶航向调整模块，用于根据所述控制量和干扰补偿量共同对船舶的航向进行调整。

在一种可选的实施方式中，所述通过船舶的实际航向角度与船舶的预设航向角度，确定船舶的航向差，包括：

通过船舶的期望转向角度，确定船舶的预设航向角度；

通过传感器监测船舶的运行状态，确定船舶的实际航向角度；

比较所述实际航向角度和所述预设航向角度，将二者的差值确定为船舶的航向差，在所述实际航向角度大于所述预设航向角度时，对船舶航行的控制参数进行逐渐增大调整，以使船舶根据调整后的控制参数多次转向后所述控制参数恒定。

本实施例中将期望转向角设定为船舶的预设航向角度，根据期望转向角对船舶实施起转，如果船舶在航行过程中不需要进行转向，则保持当前航向继续航行。在船舶转向过程进入收舵阶段时，通过安装在船舶上的磁罗经传感器或电罗经传感器对船舶的实际航向角度进行测定，并将实际航向角度与预设航向角度进行大小比较，当船舶的实际航向角度大于预设航向角度（即转向超调）时，即进行船舶航行的控制参数的调整，以改善转向超调问题。当船舶的实际航向角度略大于或等于预设航向角度时，说明船舶转向满足期望转向角，无需对船舶航行控制参数进行调整。当需要确定克服外界干扰的补偿量时，通过所得的补偿量对船舶航向予以调整，以使船舶的航向满足期望转向角。

在一种可选的实施方式中，所述对船舶航行的控制参数进行逐渐增大调整包括：对船舶航行的控制参数按照一定比例进行多次增大。本实施例中将船舶初始控制参数以每次1.2倍的倍数进行逐渐增大，以使船舶的转向超调问题逐次得以改善。船舶控制参数的每次增大倍数根据船舶的实际的航行情况和自身参数进行调整，本申请不做具体限定。

在一种可选的实施方式中，所述通过所述航向差、船舶的预设控制精度和船舶的转向率，确定船舶航向的干扰补偿量，包括：

比较所述航向差和所述预设控制精度，以及所述转向率的方向和所述航向差的方向；

当所述航向差大于所述预设控制精度，且所述转向率的方向和所述航向差的方向相反时，将所述航向差确定为所述干扰补偿量。

其中，预设控制精度根据船舶自身参数和航行要求确定，本申请不做具体限定，转向率和航向差的方向规定为正向和负向两种。当航向差超过预设控制精度，并且转向率为正向、航向差为负向时；或者当航向差超过预设控制精度，并且转向率为负向、航向差为正向时，将当前船舶的航向差作为船舶的干扰补偿量的大小。

在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：

通过船舶的运行状态对船舶的转向率进行实时监测，使所述转向率不大于预设最大转向率。

当所述转向率大于预设最大转向率时，通过所述船舶的船长、船速、最大吃水量和最小吃水量调整所述船舶航行的控制参数，使所述转向率不大于预设最大转向率。

在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：

在船舶处于航向保持阶段时，对船舶的运行状态进行实时监测，确定外部干扰造成的航向差是否需要补偿；

当处于航向保持阶段的航向差大于所述预设控制精度时，且处于航向保持阶段的转向率的方向和所述处于航向保持阶段的航向差的方向相反时，通过所述处于航向保持阶段的航向差对船舶航向进行补偿。

当通过干扰补偿量对船舶航向进行调整，即船舶完成转向后，船舶进入航向保持阶段，通过传感器对船舶的运行状态进行实时监测，根据获得船舶的航向判断外部干扰是否导致船舶的航向差超过预设控制精度，如果当前航向差（处于航向保持阶段的航向差）超过预设控制精度且当前转向率（处于航向保持阶段的转向率）的方向与当前航向差（处于航向保持阶段的航向差）的方向相反，则将当前航向差（处于航向保持阶段的航向差）作为干扰补偿量的大小，对船舶航向进行补偿。

如图2所示，本申请以某船舶转向控制方法为例，说明本申请所述的一种船舶航向抗干扰控制方法的具体流程：

S1，通过人机交互界面或程序对船舶的船长、航速、最大吃水量和最小吃水量等参数进行初始化，并设定船舶的预设最大转向率和预设控制精度；

S2，根据船舶的期望转向角度大小，通过船舵对船舶实施起转，在转向过程中需要对船舶的转向率进行实时监控，当船舶的转向率大于预设最大转向率时，需要根据船舶参数得到的船舶航行控制参数对船舶的转向率进行控制，即调整船舵角的方向和大小，使船舶的实际转向率不会超过预设最大转向率；

S3，当船舶进入收舵阶段，将监测得到的船舶的实际航向角度与期望转向角度进行比较，确定是否存在航向差，通过初始船舶参数得到的船舶航行控制参数、航向差和转向率得到控制量；当船舶的实际航向角度超过了期望转向角度，对通过初始船舶参数得到的船舶航行控制参数进行逐渐增大调整，使得船舶根据调整后的控制参数多次转向后该控制参数趋于恒定；如果在这个过程中，转向率的方向和当前航向差方向相反，该航向差即为干扰补偿量，通过确定的干扰补偿量和控制参数决定的控制量共同对船舶的航向进行调整；

S4，调整完成之后船舶即满足收舵条件，进入航向保持阶段，此时对船舶的运行状态进行实时监测，确定外部干扰对船舶造成的航向差是否需要进行补偿调整，当外部干扰造成的航向差超过预设精度时，且转向率的方向和航向差的方向相反时，需要对船舶航向进行再次干扰补偿，其中干扰补偿量的大小根据船舶的当前航向差（处于航向保持阶段的航向差）予以确定。

本公开还涉及一种电子设备，包括服务器、终端等。该电子设备包括：至少一个处理器；与至少一个处理器通信连接的存储器；以及与存储介质通信连接的通信组件，所述通信组件在处理器的控制下接收和发送数据；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行以实现上述实施例中的船舶航向抗干扰控制方法。

在一种可选的实施方式中，存储器作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。处理器通过运行存储在存储器中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述船舶航向抗干扰控制方法。

存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储选项列表等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至外接设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

一个或者多个模块存储在存储器中，当被一个或者多个处理器执行时，执行上述任意方法实施例中的船舶航向抗干扰控制方法。

上述产品可执行本申请实施例所提供的船舶航向抗干扰控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例所提供的船舶航向抗干扰控制方法。

在一种可选的实施方式中，所述通过船舶的实际航向角度与船舶的预设航向角度，确定船舶的航向差，包括：

通过船舶的期望转向角度，确定船舶的预设航向角度；

通过传感器监测船舶的运行状态，确定船舶的实际航向角度；

比较所述实际航向角度和所述预设航向角度，将二者的差值确定为船舶的航向差，在所述实际航向角度大于所述预设航向角度时，对船舶航行的控制参数进行逐渐增大调整，以使船舶根据调整后的控制参数多次转向后所述控制参数恒定，并将船舶多次转向的角度确定为所述航向差。

本实施例中将期望转向角设定为船舶的预设航向角度，根据期望转向角对船舶实施起转，如果船舶在航行过程中不需要进行转向，则保持当前航向继续航行。在船舶转向过程进入收舵阶段时，通过安装在船舶上的磁罗经传感器或电罗经传感器对船舶的实际航向角度进行测定，并将实际航向角度与预设航向角度进行大小比较，当船舶的实际航向角度大于预设航向角度（即转向超调）时，即进行船舶航行的控制参数的调整，以改善转向超调问题。当船舶的实际航向角度略大于或等于预设航向角度时，说明船舶转向满足期望转向角，无需对船舶航行控制参数进行调整。当需要确定克服外界干扰的补偿量时，通过所得的补偿量对船舶航向予以调整，以使船舶的航向满足期望转向角。

在一种可选的实施方式中，所述对船舶航行的控制参数进行逐渐增大调整包括：对船舶航行的控制参数按照一定比例进行多次增大。本实施例中将船舶初始控制参数以每次1.2倍的倍数进行逐渐增大，以使船舶的转向超调问题逐次得以改善。船舶控制参数的每次增大倍数根据船舶的实际的航行情况和自身参数进行调整，本申请不做具体限定。

在一种可选的实施方式中，所述通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶的初始参数，确定船舶航向的控制量；并通过船舶的航行状态确定船舶航向的干扰补偿量，包括：

通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶初始参数确定船舶的控制参数，通过所述控制参数确定船舶航向的控制量；

比较所述航向差和所述预设控制精度，以及所述转向率的方向和所述航向差的方向；

当所述航向差大于所述预设控制精度，且所述转向率的方向和所述航向差的方向相反时，将所述航向差确定为所述干扰补偿量。

其中，预设控制精度根据船舶自身参数和航行要求确定，本申请不做具体限定，转向率和航向差的方向规定为正向和负向两种。当航向差超过预设控制精度，并且转向率为正向、航向差为负向时；或者当航向差超过预设控制精度，并且转向率为负向、航向差为正向时，将当前船舶的航向差作为船舶的干扰补偿量的大小。

在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：

通过船舶的运行状态对船舶的转向率进行实时监测，使所述转向率不大于预设最大转向率。

当所述转向率大于预设最大转向率时，通过所述船舶的船长、船速、最大吃水量和最小吃水量调整所述船舶航行的控制参数，使所述转向率不大于预设最大转向率。

在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：

在船舶处于航向保持阶段时，对船舶的运行状态进行实时监测，确定外部干扰造成的航向差是否需要补偿；

当处于航向保持阶段的航向差大于所述预设控制精度时，且处于航向保持阶段的转向率的方向和所述处于航向保持阶段的航向差的方向相反时，通过所述处于航向保持阶段的航向差对船舶航向进行补偿。

当通过干扰补偿量对船舶航向进行调整，即船舶完成转向后，船舶进入航向保持阶段，通过传感器对船舶的运行状态进行实时监测，根据获得船舶的航向判断外部干扰是否导致船舶的航向差超过预设控制精度，如果当前航向差（处于航向保持阶段的航向差）超过预设控制精度且当前转向率（处于航向保持阶段的转向率）的方向与当前航向差（处于航向保持阶段的航向差）的方向相反，则将当前航向差（处于航向保持阶段的航向差）作为干扰补偿量的大小，对船舶航向进行补偿。

如图2所示，本申请以某船舶转向控制方法为例，说明本申请所述的一种船舶航向抗干扰控制方法的具体流程：

S1，通过人机交互界面或程序对船舶的船长、航速、最大吃水量和最小吃水量等参数进行初始化，并设定船舶的预设最大转向率和预设控制精度；

S2，根据船舶的期望转向角度大小，通过船舵对船舶实施起转，在转向过程中需要对船舶的转向率进行实时监控，当船舶的转向率大于预设最大转向率时，需要根据船舶参数得到的船舶航行控制参数对船舶的转向率进行控制，即调整船舵角的方向和大小，使船舶的实际转向率不会超过预设最大转向率；

S3，当船舶进入收舵阶段，将监测得到的船舶的实际航向角度与期望转向角度进行比较，确定是否存在航向差，通过初始船舶参数得到的船舶航行控制参数、航向差和转向率得到控制量；当船舶的实际航向角度超过了期望转向角度，对通过初始船舶参数得到的船舶航行控制参数进行逐渐增大调整，使得船舶根据调整后的控制参数多次转向后该控制参数趋于恒定；如果在这个过程中，转向率的方向和当前航向差方向相反，该航向差即为干扰补偿量，通过确定的干扰补偿量和控制参数确定的控制量共同对船舶的航向进行调整；

S4，调整完成之后船舶即满足收舵条件，进入航向保持阶段，此时对船舶的运行状态进行实时监测，确定外部干扰对船舶造成的航向差是否需要进行补偿调整，当外部干扰造成的航向差超过预设精度时，且转向率的方向和航向差的方向相反时，需要对船舶航向进行再次干扰补偿，其中干扰补偿量的大小根据船舶的当前航向差（处于航向保持阶段的航向差）予以确定。

本公开还涉及一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读程序，所述计算机可读程序用于供计算机执行上述部分或全部的船舶航向抗干扰控制方法实施例。

即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备（可以是单片机，芯片等）或处理器（processor）执行本申请各实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在一种可选的实施方式中，所述通过船舶的实际航向角度与船舶的预设航向角度，确定船舶的航向差，包括：

通过船舶的期望转向角度，确定船舶的预设航向角度；

通过传感器监测船舶的运行状态，确定船舶的实际航向角度；

比较所述实际航向角度和所述预设航向角度，将二者的差值确定为船舶的航向差，在所述实际航向角度大于所述预设航向角度时，对船舶航行的控制参数进行逐渐增大调整，以使船舶根据调整后的控制参数多次转向后所述控制参数恒定，并将船舶多次转向的角度确定为所述航向差。

本实施例中将期望转向角设定为船舶的预设航向角度，根据期望转向角对船舶实施起转，如果船舶在航行过程中不需要进行转向，则保持当前航向继续航行。在船舶转向过程进入收舵阶段时，通过安装在船舶上的磁罗经传感器或电罗经传感器对船舶的实际航向角度进行测定，并将实际航向角度与预设航向角度进行大小比较，当船舶的实际航向角度大于预设航向角度（即转向超调）时，即进行船舶航行的控制参数的调整，以改善转向超调问题。当船舶的实际航向角度略大于或等于预设航向角度时，说明船舶转向满足期望转向角，无需对船舶航行控制参数进行调整。当需要确定克服外界干扰的补偿量时，通过所得的补偿量对船舶航向予以调整，以使船舶的航向满足期望转向角。

在一种可选的实施方式中，所述对船舶航行的控制参数进行逐渐增大调整包括：对船舶航行的控制参数按照一定比例进行多次增大。本实施例中将船舶初始控制参数以每次1.2倍的倍数进行逐渐增大，以使船舶的转向超调问题逐次得以改善。船舶控制参数的每次增大倍数根据船舶的实际的航行情况和自身参数进行调整，本申请不做具体限定。

在一种可选的实施方式中，所述通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶的初始参数，确定船舶航向的控制量；并通过船舶的航行状态确定船舶航向的干扰补偿量，包括：

通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶初始参数确定船舶的控制参数，通过所述控制参数确定船舶航向的控制量；

比较所述航向差和所述预设控制精度，以及所述转向率的方向和所述航向差的方向；

当所述航向差大于所述预设控制精度，且所述转向率的方向和所述航向差的方向相反时，将所述航向差确定为所述干扰补偿量。

其中，预设控制精度根据船舶自身参数和航行要求确定，本申请不做具体限定，转向率和航向差的方向规定为正向和负向两种。当航向差超过预设控制精度，并且转向率为正向、航向差为负向时；或者当航向差超过预设控制精度，并且转向率为负向、航向差为正向时，将当前船舶的航向差作为船舶的干扰补偿量的大小。

在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：

通过船舶的运行状态对船舶的转向率进行实时监测，使所述转向率不大于预设最大转向率。

当所述转向率大于预设最大转向率时，通过所述船舶的船长、船速、最大吃水量和最小吃水量调整所述船舶航行的控制参数，使所述转向率不大于预设最大转向率。

在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：

在船舶处于航向保持阶段时，对船舶的运行状态进行实时监测，确定外部干扰造成的航向差是否需要补偿；

当处于航向保持阶段的航向差大于所述预设控制精度时，且处于航向保持阶段的转向率的方向和所述处于航向保持阶段的航向差的方向相反时，通过所述处于航向保持阶段的航向差对船舶航向进行补偿。

当通过干扰补偿量对船舶航向进行调整，即船舶完成转向后，船舶进入航向保持阶段，通过传感器对船舶的运行状态进行实时监测，根据获得船舶的航向判断外部干扰是否导致船舶的航向差超过预设控制精度，如果当前航向差（处于航向保持阶段的航向差）超过预设控制精度且当前转向率（处于航向保持阶段的转向率）的方向与当前航向差（处于航向保持阶段的航向差）的方向相反，则将当前航向差（处于航向保持阶段的航向差）作为干扰补偿量的大小，对船舶航向进行补偿。

如图2所示，本申请以某船舶转向控制方法为例，说明本申请所述的一种船舶航向抗干扰控制方法的具体流程：

S1，通过人机交互界面或程序对船舶的船长、航速、最大吃水量和最小吃水量等参数进行初始化，并设定船舶的预设最大转向率和预设控制精度；

S2，根据船舶的期望转向角度大小，通过船舵对船舶实施起转，在转向过程中需要对船舶的转向率进行实时监控，当船舶的转向率大于预设最大转向率时，需要根据船舶参数得到的船舶航行控制参数对船舶的转向率进行控制，即调整船舵角的方向和大小，使船舶的实际转向率不会超过预设最大转向率；

S3，当船舶进入收舵阶段，将监测得到的船舶的实际航向角度与期望转向角度进行比较，确定是否存在航向差，通过初始船舶参数得到的船舶航行控制参数、航向差和转向率得到控制量；当船舶的实际航向角度超过了期望转向角度，，对通过初始船舶参数得到的船舶航行控制参数进行逐渐增大调整，使得船舶根据调整后的控制参数多次转向后该控制参数趋于恒定；如果在这个过程中，转向率的方向和当前航向差方向相反，该航向差即为干扰补偿量，通过确定的干扰补偿量和控制参数确定的控制量共同对船舶的航向进行调整；

S4，调整完成之后船舶即满足收舵条件，进入航向保持阶段，此时对船舶的运行状态进行实时监测，确定外部干扰对船舶造成的航向差是否需要进行补偿调整，当外部干扰造成的航向差超过预设精度时，且转向率的方向和航向差的方向相反时，需要对船舶航向进行再次干扰补偿，其中干扰补偿量的大小根据船舶的当前航向差（处于航向保持阶段的航向差）予以确定。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

此外，本领域普通技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本领域技术人员应理解，尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种船舶航向抗干扰控制方法，其特征在于，包括：

通过船舶的实际航向角度与船舶的预设航向角度，确定船舶的航向差；

通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶的初始参数，确定船舶航向的控制量；并通过船舶的航行状态确定船舶航向的干扰补偿量；

通过所述控制量和所述干扰补偿量调整船舶航向。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过船舶的实际航向角度与船舶的预设航向角度，确定船舶的航向差，包括：

通过船舶的期望转向角度，确定船舶的预设航向角度；

通过传感器监测船舶的运行状态，确定船舶的实际航向角度；

比较所述实际航向角度和所述预设航向角度，将二者的差值确定为船舶的航向差，当所述实际航向角度大于所述预设航向角度时，对船舶航行的控制参数进行逐渐增大调整，以使船舶根据调整后的控制参数多次转向后所述控制参数恒定。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对船舶航行的控制参数进行逐渐增大调整包括：对船舶航行的控制参数按照一定比例进行多次增大。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶的初始参数，确定船舶航向的控制量；并通过船舶的航行状态确定船舶航向的干扰补偿量，包括：

通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶初始参数确定船舶的控制参数，通过所述控制参数确定船舶航向的控制量；

比较所述航向差和所述预设控制精度，以及所述转向率的方向和所述航向差的方向；

当所述航向差大于所述预设控制精度，且所述转向率的方向和所述航向差的方向相反时，将所述航向差确定为所述干扰补偿量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过船舶的运行状态对船舶的转向率进行实时监测，使所述转向率不大于预设最大转向率。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过船舶的运行状态对船舶的转向率进行实时监测，使所述转向率不大于预设最大转向率，包括：

当所述转向率大于所述预设最大转向率时，通过所述船舶的船长、船速、最大吃水量和最小吃水量调整船舶航行的控制参数，使所述转向率不大于所述预设最大转向率。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在船舶处于航向保持阶段时，对船舶的运行状态进行实时监测，确定外部干扰造成的航向差是否需要补偿；

当处于航向保持阶段的航向差大于所述预设控制精度，且处于航向保持阶段的转向率的方向和所述处于航向保持阶段的航向差的方向相反时，通过所述处于航向保持阶段的航向差对船舶航向进行补偿。

8.一种船舶航向抗干扰控制系统，其特征在于，包括：

航向差确定模块，用于比较船舶的实际航向角度与船舶的预设航向角度，确定船舶的航向差；控制量和干扰补偿量确定模块，用于通过所述航向差、船舶的预设控制精度、船舶的转向率及船舶的初始参数，确定船舶航向的控制量；并通过船舶的航行状态确定船舶航向的干扰补偿量；

船舶航向调整模块，用于根据所述控制量和所述干扰补偿量对船舶的航向进行调整。

9.一种电子设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被处理器执行以实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

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