[发明专利]一种基于坐标补偿的智能船舶自动靠泊控制方法

权利要求书

1.一种基于坐标补偿的智能船舶自动靠泊控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、船舶在靠离泊操纵前，沿着规划好的各个航路点，形成靠泊路径和计划的航速；

S2、将船舶的重心坐标作为船体运动坐标，靠泊路径即为船舶重心的运动路径；

S3、通过基于坐标补偿算法和LOS导航算法，将船舶的期望路径转化为期望的期望艏向角ψ_d；

S4、通过线性自抗扰控制算法，将控制指令转化为实际的控制输入量，即对舵角δ进行控制，使船舶保持期望的艏向角ψ_d；

S5、船舶沿着规划好的靠泊路径进行靠离泊操纵。

所述步骤S1中靠泊的路径规划看成两个行为过程的组合，包括如下步骤：

S101、一个是从起始点到泊位外的操纵行为，另一个是从泊位外接近泊位的趋向目标行为，将水域划分成了三个部分，分别是近岸水域、中间水域、远端水域；

S102、近岸水域是指船舶距岸1.5倍船长，留有充分的操纵余地以应对任何不利局面，中间水域是指根据码头形状、大小和船舵约束饱和作用下的一段区域，用来调整船舶的姿态，使其满足靠泊的需求，远端水域指的是船舶的起始位置，在这一区域船舶以最短路径逼近泊位点；

S103、船舶自动靠泊的起始点为P₁，终点为P₄，三个阶段的靠泊路径分别为直线段L₁、直线段L₂和直线段L₃，直线段L₃为船舶在满足位形和姿态的自由度都得到镇定的前提下的减速制动距离，由于船舶在低速状态下，舵效会变得很差，因此L₂与L₃所在直线形成的夹角α，在满足实际舵的约束条件下应尽可能的小；

所述步骤S3中坐标补偿算法包括如下步骤：

S301、通过GPS获得船舶实时位置，期望艏向角修正补偿算法则根据船舶当前位置、下一时刻位置和下一时刻期望艏向角，给出下一时刻修正后的期望艏向角；

S302、期望艏向角修正补偿包括以下步骤：船舶的靠泊路径规划为，直线段P₀P₁和直线段P₁P₂，但船舶实际的航迹为直线段P₀E、曲线段EF和直线段EP₂，在靠泊过程中，如果航迹出现以上偏差，则期望艏向角需做修正补偿，使补偿后的期望艏向角包含航迹误差信息，以期在跟踪期望艏向角的同时，消除航迹偏差，期望艏向角修正补偿算法设计如下：

ψ_k′＝ψ_k+α(ψ_k-r_k)，

其中，α＜0为可调参数，用以调节补偿力度，ψ_k′为补偿后的期望艏向角，γ_k为转向偏差角；

S303、转向偏差角γ_k可由规划的靠泊路径，直线航线P₀P₁和直线航线P₁P₂的方位角做差求得，

其中，x₀和y₀分别是直线航线P₀P₁的起始点参考坐标位置P₀(x₀,y₀)的横坐标值和纵坐标值，x₁和y₁分别是直线航线P₀P₁的终点参考坐标位置P₁(x₁,y₁)的横坐标值和纵坐标值，同时，x₁和y₁分别也是直线航线P₁P₂的起始点参考坐标位置P₁(x₁,y₁)的横坐标值和纵坐标值，x₂和y₂分别是直线航线P₁P₂的终点参考坐标位置P₂(x₂,y₂)的横坐标值和纵坐标值。