CN112947494A - 一种基于模糊pid的船舶自动靠泊控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，该方法首先根据直线和圆弧的视线导航法将靠泊过程的航迹跟踪控制转化为航速控制与航向跟踪控制问题；然后根据双桨双舵船舶特性，设计一种基于船舶靠泊任务的控制策略，并将船舶的靠泊控制转化为航速与航向控制问题；最后设计增量式PID控制器对靠泊过程中航向与航速进行控制，并根据PID参数的调节规则设计模糊规则表对PID参数进行自适应在线调整，以提高控制器的鲁棒性。仿真结果表明本发明设计的自动靠泊控制方法能够很好地控制双桨双舵船舶完成靠泊任务。

Description

一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法

技术领域

本发明涉及船舶智能航行控制领域，特别涉及一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法。

背景技术

目前船舶的码头靠泊多采用传统的拖轮和船上缆绳配合动作，这样不仅增加了人力成本，还效率低下，并且靠泊任务需要丰富的靠泊经验支持，一些年轻的船员由于缺少靠泊经验而导致触碰码头的事故时有发生。为了增强船舶靠泊的安全性以及迎合船舶智能化、自动化的发展趋势，自动靠泊控制技术已成为船舶操控领域的研究热点。

但目前针对双桨双舵船舶的自动靠泊控制还存在改进的空间。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于，针对双桨双舵船舶，设计一种基于模糊PID的自动靠泊控制方法，可以在不需要人工干预的情况下完成自动靠泊。

本发明实施例提供一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，包括：

根据直线和圆弧的视线导航法将靠泊过程的航迹跟踪控制数据转化为航速控制与航向控制参数；

基于双桨双舵船舶具有的错车功能以及所述航速控制与航向控制参数，构建靠泊任务的控制策略；所述控制策略包括：将船舶的两个车令转化为进车指令和错车指令，进车指令作用于航速子系统，错车指令与舵令共同作用于航向子系统；

通过增量式PID控制器执行靠泊过程中的所述控制策略，并根据PID参数的调节规则设计模糊规则表对PID参数进行自适应在线调整；

根据在线调整的实时PID参数，实现双桨双舵船舶的自动靠泊。

在一个实施例中，根据直线和圆弧的视线导航法将靠泊过程的航迹跟踪控制数据转化为航速控制与航向控制参数，包括：

在船舶自动靠泊过程中，用一系列航迹点(P(1),L P(k-1),P(k),L P(n))表示船舶的路径；

在进行直线段的路径跟踪时，设置起始点P(k-1)，终止点P(k)；

当船舶沿直线运动到下一点时终止点变为P(k+1)，以中间点P(k)为圆心R为半径做一圆形；

船舶在所述圆形内转向，之后P(k)变为新的起始点，P(k+1)变为新的终止点，以此类推完成对期望路径的跟踪。

在一个实施例中，所述直线视线导航法对路径的跟踪，包括：

在大地坐标系下，确定相关参数；所述相关参数包括：当前时刻船舶的位置为(x_t,y_t)、艏向为ψ_t，初始期望航迹与正北方向的夹角为η_i，船舶的横向位置误差大小为ε_t，船舶当前位置与此段路径终点的连线与当前路径的夹角为δ_t，当前位置与终点的距离为d_t；

根据确定的所述相关参数，选择前视向量Δ，实现路径跟踪；所述前视向量为船舶长度的2～6倍；

当d_t小于R时则进行下一路径点的跟踪。

在一个实施例中，所述直线视线导航法下相关参数的几何关系包括：

(1)式中，(x_k，y_k)表示P(k)点的坐标；(x_k-1，y_k-1)表示P(k-1)点的坐标；ψ_d表示LOS算法得到的期望艏向；α_t表示当前路径与前视向量Δ的夹角；

当船舶所处的坐标与所要跟踪的路径相差较远时，即ε_t＞Δ，此时令α_t＝π/2，α_t满足：

(2)式中，ε_t表示船舶的横向位置误差。

在一个实施例中，引入一个侧滑角β来修正期望艏向，修正后的期望艏向表示为

β＝arctan(v/u)

ψ_d＝η_i-α_t-β (3)

β表示当船舶在靠泊过程中受到风、流作用下的侧滑角，v表示船舶的横向速度，u表示船舶的横向速度。

在一个实施例中，所述圆弧视线导航法下相关参数的几何关系包括：

(4)式中，P₀(x₀,y₀)表示圆弧圆心，R表示半径；船舶重心与点P₀间的连线与圆弧交于点P_k(x_k,y_k)；船舶当前位置位于(x_t,y_t)，ψ_t表示当前时刻船艏向，ε_t表示路径跟踪横向误差，ψ_d表示期望艏向，α_t表示当前路径与前视向量Δ的夹角；β表示当船舶在靠泊过程中受到风、流作用下的侧滑角；α_t满足：

在一个实施例中，所述控制策略公式表示如下：

其中，n₁和n₂表示左车和右车的转速，sum_n表示航行控制系统的进车指令，dif_n表示航行控制系统的错车指令。

在一个实施例中，通过增量式PID控制器执行靠泊过程中的所述控制策略，并根据PID参数的调节规则设计模糊规则表对PID参数进行自适应在线调整，包括：

定义第k时刻船舶的航速与航向误差为

其中，e_v(k)表示航速误差；v(k)表示实际航速；v_d(k)表示第k时刻船舶的期望航速，e_ψ(k)表示航向误差；ψ(k)表示实际航向；ψ_d(k)表示第k时刻所述直线和圆弧的视线导航法输出的船舶艏向；

设计增量式PID控制器如下：

其中kp_i、ki_i、kd_i(i＝1,2,3)表示三个控制量的PID参数，sum_n(k)表示控制航速的进车指令，dif_n(k)与δ(k)分别表示控制航向的错车指令和舵令；

对于所述航速子系统，以航速偏差e_v(k)与航速偏差变化量ec_v(k)＝e_v(k+1)-e_v(k)为模糊模块输入，输出航速PID控制参数kp₁、ki₁、kd₁的修正量；

对于所述航向子系统，以航向偏差e_ψ(k)与航向偏差变化量ec_ψ(k)＝e_ψ(k+1)-e_ψ(k)为模糊模块输入，输出航向PID控制参数kp₂、ki₂、kd₂、kp₃、ki₃、kd₃的修正量。

与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，具有如下优点：

(1)本发明提出基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，利用直线和圆弧视线导航法将小尺度的靠泊问题转化为对航迹点的跟踪，将船舶运动轨迹的三自由度跟踪控制转化为两自由度的航向与航速控制，简化了自动靠泊控制系统的设计。

(2)本发明针对具有错车功能的双桨双舵船舶设计了一种简单的控制策略，将船舶的两个车令转化为进车指令和错车指令，进车指令作用于航速子系统，错车指令与舵令共同作用于航向子系统，以此设计航速和航向控制器。

(3)本发明利用结构简单、技术成熟、工程效果好的增量式PID控制器进行航向航速控制，并设计模糊逻辑推理模块对PID参数进行自适应在线调节，以增强控制系统的鲁棒性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的直线LOS法示意图

图3为本发明实施例提供的圆弧LOS法示意图；

图4为本发明实施例提供的自动靠泊控制系统结构框图；

图5为本发明实施例提供的自动靠泊过程的仿真示意图；

图6为本发明实施例提供的靠泊过程中航速与艏向变化图；

图7为本发明实施例提供的靠泊过程中航速与艏向误差图；

图8为本发明实施例提供的靠泊过程中车舵指令变化图；

图9为本发明实施例提供的进车控制器的PID参数变化图；

图10为本发明实施例提供的舵控制器的PID参数变化图；

图11为本发明实施例提供的错车控制器的PID参数变化图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1所示，本发明提供的一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，包括：

S100、根据直线和圆弧的视线导航法将靠泊过程的航迹跟踪控制数据转化为航速控制与航向控制参数；

S200、基于双桨双舵船舶具有的错车功能以及所述航速控制与航向控制参数，构建靠泊任务的控制策略；所述控制策略包括：将船舶的两个车令转化为进车指令和错车指令，进车指令作用于航速子系统，错车指令与舵令共同作用于航向子系统；

S300、通过增量式PID控制器执行靠泊过程中的所述控制策略，并根据PID参数的调节规则设计模糊规则表对PID参数进行自适应在线调整；

S400、根据在线调整的实时PID参数，实现双桨双舵船舶的自动靠泊。

本实施例中，利用直线和圆弧视线导航法将小尺度的靠泊问题转化为对航迹点的跟踪，将船舶运动轨迹的三自由度跟踪控制转化为两自由度的航向与航速控制，简化了自动靠泊控制系统的设计。同时针对具有错车功能的双桨双舵船舶设计了一种简单的控制策略，将船舶的两个车令转化为进车指令和错车指令，进车指令作用于航速子系统，错车指令与舵令共同作用于航向子系统，以此设计航速和航向控制器，可利用增量式PID控制器进行航向航速控制，并设计模糊逻辑推理模块对PID参数进行自适应在线调节，以增强控制系统的鲁棒性。

下面分别对上述步骤进行详细说明：

步骤S100为面向靠泊任务的视线导航法设计：

对于双桨双舵水面船舶来说，船舶的浆与舵只能纵向推力与转艏力矩，无法直接提供横向推力。对于此类欠驱动船舶，通常把船舶的航迹跟踪控制转化为航速控制与航向控制。视线导航法(LOS)法是目前常用的航路导航算法之一，这种方法不依赖于被控对象模型，并且设计简单，抗干扰能力强，被广泛应用于水面船舶的航迹跟踪控制中。在船舶自动靠泊过程中，可以用一系列航迹点(P(1),L P(k-1),P(k),L P(n))表示船舶的路径。在进行直线段的路径跟踪时，首先设置起始点P(k-1)，终止点P(k)。当船舶沿直线运动到下一点时终止点变为P(k+1)，以中间点P(k)为圆心R为半径做一圆形，船舶即在此圆内转向，之后P(k)变为新的起始点，P(k+1)变为新的终止点，以此类推即可完成对期望路径的跟踪。

1、直线LOS法

在大地坐标系下，首先确定当前时刻船舶的位置为(x_t,y_t)、艏向为ψ_t，初始期望航迹与正北方向的夹角为η_i，船舶的横向位置误差大小是ε_t，船舶当前位置与此段路径终点的连线与当前路径的夹角是δ_t，当前位置与终点的距离是d_t。在定义好位置关系后，通过合理的选择前视向量Δ，即可实现精准的路径跟踪。前视向量一般选为船舶长度的2～6倍，选择太长会使路径追踪时间变长，太短会影响追踪效果，经过多次测试本项目中前视向量选择为二倍船长。当d_t小于R时就要进行下一路径点的跟踪。直线视线导航法示意图如图2所示：

分析图中的几何关系可得：

公式(1)中各个量的物理意义都在直线LOS法示意图1中体现；α_t是一个特殊的函数，当船舶所处的坐标与所要跟踪的路径相差较远时，即ε_t＞Δ，这时Δ与期望路径不会存在相交的可能，此时使α_t＝π/2，因此函数α_t满足：

在理想情况下，利用上述LOS法解算出来的船艏向角能够作为艏向控制器的期望艏向，但当船舶在靠泊过程中受到风、流作用时，就会出现一定的稳态路径误差。本实施例引入一个侧滑角β来修正期望艏向，这样既解决了稳态路径误差问题，又提高了控制系统的响应速度。修正后的期望艏向可表示为

在路径跟踪的过程中，若船舶当前位置与航迹点距离d_t满足d_t＜R_accept，R_accept为人为设定的一个航迹点切换阈值，在靠泊任务中该阈值一般设定为一倍船长；此时要进行航迹点切换，进入下一段航迹跟踪过程，如此往复，最终达到对期望路径的跟踪。

2、圆弧LOS法

圆弧LOS法的示意图3所示，图3中P₀(x₀,y₀)为圆弧圆心，R为半径，船舶重心与P₀间的连线与圆弧交于点P_k(x_k,y_k)，而船舶位于(x_t,y_t)，当前时刻船艏向为ψ_t，路径跟踪横向误差为ε_t，期望艏向为ψ_d，同直线追踪类似，通过前视向量的选择确定前视点p_los(x_los,y_los)与前视量Δ。

根据图3中的几何关系可得：

其中β的含义与直线LOS法相同，角度函数α(t)满足

步骤S100中设计双桨双舵船舶控制策略：

在船舶自动靠泊过程中，航行控制系统不仅要对LOS法解算出的船舶艏向进行控制，还要对船舶的航速进行精确地控制。对于一般的单浆单舵船舶，航行控制系统可以解耦为航速子系统与航行子系统，航速子系统仅由车令控制，航向子系统由舵令控制，控制策略较为简单。而对于本发明的研究对象双桨双舵船舶(左右舵由同一个舵令控制)来说，由于错车作用的存在，航向控制不只与舵令有关，两个车令也会对其产生影响。本发明针对双桨单舵船舶的错车功能，设计一种简单的控制策略如下：

其中n₁和n₂为左车和右车的转速，sum_n为航行控制系统的进车指令，dif_n为航行控制系统的错车指令。此时船舶的航行控制系统的控制指令由两个车令和一个舵令转化为进车指令、错车指令和舵令，进车指令作用于航速子系统，错车指令和舵令作用于航向子系统，以此设计航速和航向控制器。

步骤S300-S400为基于模糊PID的自动靠泊控制系统设计：

控制系统的结构框图如图4所示，控制系统由三部分组成：LOS模块，PID控制器和模糊推理模块。其中：

1、PID控制器设计

定义第k时刻船舶的航速与航向误差为

其中v_d(k)是第k时刻船舶的期望航速，ψ_d(k)是第k时刻LOS法输出的船舶艏向。

设计增量式PID控制器如下：

其中kp_i、ki_i、kd_i(i＝1,2,3)是三个控制量的PID参数。sum_n(k)表示控制航速的进车指令，dif_n(k)与δ(k)分别表示控制航向的错车指令和舵令；

2、模糊推理

为了提高传统增量式PID控制器的抗干扰能力，本文引入模糊推理模块对PID参数进行在线自适应调节。

如图4控制系统结构图所示，对于船舶的航速控制子系统，以航速偏差e_v(k)与航速偏差变化量ec_v(k)＝e_v(k+1)-e_v(k)为模糊模块输入，输出航速PID控制参数kp₁、ki₁、kd₁的修正量；对于船舶的航向控制子系统，以航向偏差e_ψ(k)与航向偏差变化量ec_ψ(k)＝e_ψ(k+1)-e_ψ(k)为模糊模块输入，输出航向PID控制参数kp₂、ki₂、kd₂、kp₃、ki₃、kd₃的修正量。定义航向与航速误差论域为[-20°,20°]与[-2m/s,2m/s]，误差变化的论域为[-2.5°,2.5°]与[-0.2m/s,0.2m/s]，并定义航向与航速误差与其变化量模糊子集为：

其中，NB表示负大，NM表示负中，NS表示负小，ZO表示零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大。为了减少计算了，隶属度函数选择最简单三角形隶属度。

输出PID参数变化量的模糊子集划分为

三个控制器PID参数的变化论域可在仿真实验中确定。

根据PID控制器的调节经验，建立三个参数的模糊规则表如表1到表3所示。

表1 kp参数表

e\Δkp\ec

NB

NM

NS

ZO

PS

PM

PB

NB

PB

PM

PS

ZO

NS

NM

NB

NM

PM

PS

ZO

NS

NM

NB

NS

NS

PS

ZO

NS

NM

NB

NM

NS

ZO

ZO

NS

NM

NB

NM

NS

ZO

PS

NS

NM

NB

NM

NS

ZO

PS

PM

NM

NB

NM

NS

ZO

PS

PM

PB

NB

NM

NS

ZO

PS

PM

PB

表2 ki参数表

e\Δki\ec

NB

NM

NS

ZO

PS

PM

PB

NB

NB

NM

NS

ZO

ZO

PS

PS

NM

NM

NS

ZO

PS

PS

PM

PM

NS

NS

NS

ZO

PS

PM

PM

PB

ZO

PM

PM

PB

PB

PB

PM

PM

PS

PB

PM

PM

PS

ZO

NS

NS

PM

PM

PM

PS

PS

ZO

NS

NM

PB

PS

PS

ZO

ZO

NS

NM

NB

表3 kd参数表

e\Δkd\ec

NB

NM

NS

ZO

PS

PM

PB

NB

PS

PS

NS

NS

NM

NS

ZO

NM

PS

PS

NS

NM

NS

NS

ZO

NS

ZO

NS

NS

NM

NS

NS

ZO

ZO

ZO

ZO

NS

NS

NS

ZO

ZO

PS

ZO

NS

NS

NM

NS

NS

ZO

PM

ZO

NS

NS

NM

NS

PS

PS

PB

ZO

NS

NM

NS

NS

PS

PS

为了验证本文所提算法的性能，以一个典型的靠泊路径对船舶的自动靠泊过程进行仿真实验。整个靠泊过程分为三段：直线加速段、匀速圆弧段和直线减速段。设船舶的初始位置为(0,0)，初始速度为0m/s，初始艏向为0°；目标泊位的位置为(-50,0)，泊位朝向为300°。按照靠泊的要求，船舶的最终停靠位置与泊位的距离不高于1.5倍船宽，本仿真中用到的船舶宽度为8m，因此船舶最终停靠位置与泊位距离不超过12m；船舶停靠时艏向应以与泊位夹角为0°到30°之间，因此船舶的最终朝向应为270°到300°，停靠时船速为0.2m/s。

仿真结果图5到图11所示。其中整个靠泊过程中船的航行路径如图5所示，可以看出船舶可以按照既定的靠泊路径最终停靠在(-43,0)的位置，与目标泊位相差大约7m，满足船舶停靠位置的要求；靠泊过程中船舶艏向与航速变化图如图6所示，可以看出，靠泊过程中航速与船艏向变化较为平缓，且船速最高不会超过3m/s，满足靠泊过程中艏向与航速的要求，停泊时船速为0.2m/s，船艏向为278°，满足船舶最终停靠时航速与艏向的需求；从航速与航向偏差图7中可以看出，航速在刚加速启动时和开始减速时有很大误差，其误差峰值分别为0.26m/s和0.18m/s，在匀速追踪时航速逐渐趋近期望速度；航向角在直线转圆弧和圆弧转直线时有较大误差，误差峰值分别为12°和9°，在减速段由于倒车作用船体艏向难以维持，但最终停车时艏向误差在20°以内。

靠泊过程中车舵指令变化图如图8所示，可以看出靠泊过程中舵的变换较为平缓，比较符合实际的操舵方式；两个车由于螺旋桨怠速区的存在，出现了几次转速跳变，但跳变的次数不多，频率不高，其他时刻车指令变化较为平缓，符合船长的操纵方式。

从图9到图11的三个控制器PID参数的变化曲线可以看出，PID参数会随着航速与航向误差的变化而变化，且变化趋势符合PID控制器的调节方式。

本发明提出的基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，利用直线和圆弧视线导航法将小尺度的靠泊问题转化为对航迹点的跟踪，将船舶运动轨迹的三自由度跟踪控制转化为两自由度的航向与航速控制，简化了自动靠泊控制系统的设计。针对具有错车功能的双桨双舵船舶设计了一种简单的控制策略，将船舶的两个车令转化为进车指令和错车指令，进车指令作用于航速子系统，错车指令与舵令共同作用于航向子系统，以此设计航速和航向控制器。该航向控制器可利用结构简单、技术成熟、工程效果好的增量式PID控制器进行航向航速控制，并设计模糊逻辑推理模块对PID参数进行自适应在线调节，以增强控制系统的鲁棒性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，其特征在于，包括：

根据直线和圆弧的视线导航法将靠泊过程的航迹跟踪控制数据转化为航速控制与航向控制参数；

基于双桨双舵船舶具有的错车功能以及所述航速控制与航向控制参数，构建靠泊任务的控制策略；所述控制策略包括：将船舶的两个车令转化为进车指令和错车指令，进车指令作用于航速子系统，错车指令与舵令共同作用于航向子系统；

通过增量式PID控制器执行靠泊过程中的所述控制策略，并根据PID参数的调节规则设计模糊规则表对PID参数进行自适应在线调整；

根据在线调整的实时PID参数，实现双桨双舵船舶的自动靠泊。

2.如权利要求1所述的一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，其特征在于，根据直线和圆弧的视线导航法将靠泊过程的航迹跟踪控制数据转化为航速控制与航向控制参数，包括：

在船舶自动靠泊过程中，用一系列航迹点(P(1),L P(k-1),P(k),L P(n))表示船舶的路径；

在进行直线段的路径跟踪时，设置起始点P(k-1)，终止点P(k)；

当船舶沿直线运动到下一点时终止点变为P(k+1)，以中间点P(k)为圆心R为半径做一圆形；

船舶在所述圆形内转向，之后P(k)变为新的起始点，P(k+1)变为新的终止点，以此类推完成对期望路径的跟踪。

3.如权利要求2所述的一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，其特征在于，所述直线视线导航法对路径的跟踪，包括：

在大地坐标系下，确定相关参数；所述相关参数包括：当前时刻船舶的位置为(x_t,y_t)、艏向为ψ_t，初始期望航迹与正北方向的夹角为η_i，船舶的横向位置误差大小为ε_t，船舶当前位置与此段路径终点的连线与当前路径的夹角为δ_t，当前位置与终点的距离为d_t；

根据确定的所述相关参数，选择前视向量Δ，实现路径跟踪；所述前视向量为船舶长度的2～6倍；

当d_t小于R时则进行下一路径点的跟踪。

4.如权利要求3所述的一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，其特征在于，所述直线视线导航法下相关参数的几何关系包括：

(1)式中，(x_k，y_k)表示P(k)点的坐标；(x_k-1，y_k-1)表示P(k-1)点的坐标；ψ_d表示LOS算法得到的期望艏向；α_t表示当前路径与前视向量Δ的夹角；

当船舶所处的坐标与所要跟踪的路径相差较远时，即ε_t＞Δ，此时令α_t＝π/2，α_t满足：

(2)式中，ε_t表示船舶的横向位置误差。

5.如权利要求4所述的一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，其特征在于，引入一个侧滑角β来修正期望艏向，修正后的期望艏向表示为β＝arctan(v/u)

ψ_d＝η_i-α_t-β (3)

β表示当船舶在靠泊过程中受到风、流作用下的侧滑角，v表示船舶的横向速度，u表示船舶的横向速度。

6.如权利要求5所述的一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，其特征在于，所述圆弧视线导航法下相关参数的几何关系包括：

(4)式中，P₀(x₀,y₀)表示圆弧圆心，R表示半径；船舶重心与点P₀间的连线与圆弧交于点P_k(x_k,y_k)；船舶当前位置位于(x_t,y_t)，ψ_t表示当前时刻船艏向，ε_t表示路径跟踪横向误差，ψ_d表示期望艏向，α_t表示当前路径与前视向量Δ的夹角；β表示当船舶在靠泊过程中受到风、流作用下的侧滑角；α_t满足：

7.如权利要求1所述的一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，其特征在于，所述控制策略公式表示如下：

其中，n₁和n₂表示左车和右车的转速，sum_n表示航行控制系统的进车指令，dif_n表示航行控制系统的错车指令。

8.如权利要求7所述的一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，其特征在于，通过增量式PID控制器执行靠泊过程中的所述控制策略，并根据PID参数的调节规则设计模糊规则表对PID参数进行自适应在线调整，包括：

定义第k时刻船舶的航速与航向误差为

其中，e_v(k)表示航速误差；v(k)表示实际航速；v_d(k)表示第k时刻船舶的期望航速，e_ψ(k)表示航向误差；ψ(k)表示实际航向；ψ_d(k)表示第k时刻所述直线和圆弧的视线导航法输出的船舶艏向；

设计增量式PID控制器如下：

其中kp_i、ki_i、kd_i(i＝1,2,3)表示三个控制量的PID参数，sum_n(k)表示控制航速的进车指令，dif_n(k)与δ(k)分别表示控制航向的错车指令和舵令；

对于所述航速子系统，以航速偏差e_v(k)与航速偏差变化量ec_v(k)＝e_v(k+1)-e_v(k)为模糊模块输入，输出航速PID控制参数kp₁、ki₁、kd₁的修正量；

对于所述航向子系统，以航向偏差e_ψ(k)与航向偏差变化量ec_ψ(k)＝e_ψ(k+1)-e_ψ(k)为模糊模块输入，输出航向PID控制参数kp₂、ki₂、kd₂、kp₃、ki₃、kd₃的修正量。

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