[发明专利]船舶自动巡航模拟仿真方法及终端设备

权利要求书

1.一种船舶自动巡航模拟仿真方法，其特征在于，该方法包括：

通过引力势函数构建虚拟势能场，并将目标船舶置入所述虚拟势能场；

通过所述虚拟势能场进行仿真模拟，计算所述目标船舶在所述虚拟势能场中的受到的引力和斥力；

根据所述目标船舶在所述虚拟势能场中受到的引力和斥力，计算所述目标船舶的加速度；

根据所述目标船舶的加速度，在所述虚拟势能场中通过预设的比例-积分-导数控制器对所述目标船舶进行控制，对所述目标船舶的巡航进行模拟仿真。

2.根据权利要求1所述的船舶自动巡航模拟仿真方法，其特征在于，所述虚拟势能场中包含多个障碍物和多个船舶，所述目标船舶为所述多个船舶中的一个，该方法还包括：

在所述虚拟势能场中，将所述目标船舶的巡航目标位置设置为最低势能点，将所述多个障碍物的位置设置为最高势能点。

3.根据权利要求2所述的船舶自动巡航模拟仿真方法，其特征在于，所述根据所述目标船舶在所述虚拟势能场中受到的引力和斥力，计算所述目标船舶的加速度包括：

计算所述多个障碍物中每个障碍物的斥力势能场梯度，得到所述多个障碍物中每个障碍物对所述目标船舶的斥力；

计算所述多个船舶中除所述目标船舶之外的每个船舶的斥力势能场梯度，得到所述多个船舶中除所述目标船舶之外的每个船舶对所述目标船舶的斥力；

根据所述目标船舶所在位置的引力势函数的梯度计算所述目标船舶在所述虚拟势能场中受到的引力；

将所述目标船舶受到的所有斥力和引力进行合成，得到所述目标船舶的加速度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的船舶自动巡航模拟仿真方法，其特征在于，所述比例-积分-导数控制器所对应的数学模型为：

式中，ψ为所述目标船舶的方位角，为所述目标船舶的方位角的角速度，为所述目标船舶的方位角的角加速度，T、K为预设的所述目标船舶的操纵性指数，δ为所述目标船舶的舵角。

5.根据权利要求1-3任一项所述的船舶自动巡航模拟仿真方法，其特征在于，所述比例-积分-导数控制器所对应的数学模型为：

式中，ψ为所述目标船舶的方位角，为所述目标船舶的方位角的角速度，为所述目标船舶的方位角的角加速度，T、K为预设的所述目标船舶的操纵性指数，δ为所述目标船舶的舵角，α为预设的非线性模型系数。

6.一种船舶自动巡航模拟仿真装置，其特征在于，该装置包括：虚拟势能场构建单元、引力和斥力计算单元、目标船舶加速度计算单元和控制单元；

所述虚拟势能场构建单元，用于通过引力势函数构建虚拟势能场，并将目标船舶置入所述虚拟势能场；

所述引力和斥力计算单元，用于通过所述虚拟势能场进行仿真模拟，计算所述目标船舶在所述虚拟势能场中的受到的引力和斥力；

所述目标船舶加速度计算单元，用于根据所述目标船舶在所述虚拟势能场中受到的引力和斥力，计算所述目标船舶的加速度；

所述控制单元，用于根据所述目标船舶的加速度，在所述虚拟势能场中通过预设的比例-积分-导数控制器对所述目标船舶进行控制，对所述目标船舶的巡航进行模拟仿真。

7.根据权利要求6所述的船舶自动巡航模拟仿真装置，其特征在于，所述虚拟势能场中包含多个障碍物和多个船舶，所述目标船舶为所述多个船舶中的一个，所述虚拟势能场构建单元还用于：

在所述虚拟势能场中，将所述目标船舶的巡航目标位置设置为最低势能点，将所述多个障碍物的位置设置为最高势能点。