[发明专利]一种基于动态虚拟小船制导算法的欠驱动船舶路径跟踪规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及船舶控制工程与船舶自动化航行领域，尤其涉及一种基于动态虚拟小船制导算法的欠驱动船舶路径跟踪规划方法。

背景技术

目前已有的制导算法是从导弹射击制导研究领域引入到船舶导航领域中，即我们通常所说的Line of sight(LOS)算法。它解决了间接航迹保持控制中利用航迹偏差和航向偏差计算船舶引导航向的问题，也是目前船载自动操舵仪中较为广泛采用的算法，下面我们对制导算法做简单的解释和说明。

可变的LOS半径和航路点切换边界环是LOS算法中两个重要的概念或变量。LOS算法的目的是演绎出航迹保持控制中完成控制任务需求的航向参考命令，即ψ_los(方位角)。利用现有的船舶航向保持控制器驱动转舵执行装置，使船舶航向跟踪参考命令ψ_los，减小航迹偏差，最终实现船舶沿着计划航线自动航行。图1给出了LOS算法的基本制导原理图。在航海实践中，计划航线通常由驾驶员通过设置航路点进行设计，如图1中的(x_i-1,y_i-1),(x_i,y_i)和(x_i+1,y_i+1)。以当前船位(x,y)为中心，以LOS半径R画弧，在LOS半径选取恰当的前提下能够交计划航线P_i-1P_i于点A_B和A_F。起始于当前船位(x,y)终止于点A_F的线段定义为LOS线，所对应的方位角即为ψ_los，可由式(1)计算且ψ_los∈<-π,π>。通常情况下R有3种取法：1)传统LOS算法：R＝αL_pp，L_pp为船舶的两柱间长。这种情况下必须要求α>1，否则船舶将绕着计划航线频繁转圈；2)改进LOS算法：R＝d+L_pp，d为当前船位到计划航向的投影距离，即航迹偏差。这样选择能够保证R>d恒成立，保证LOS线始终存在；3)指数收敛LOS算法，如式(2)所示。其中，lambertw是函数f(x)＝xe^x的反函数，选取最小LOS半径R_min＝1.7L_pp，系数b为指数收敛因子，b＝0.05。

ψlos=atan2(yAF-y,xAF-x)---(1)]]>