[发明专利]船舶路径跟踪的控制方法、系统和存储介质

权利要求书

1.一种船舶路径跟踪的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

对船舶的航向角和横向距离进行PID控制，并存储PID控制过程中的第一船舶状态和第一控制输入数据，所述第一船舶状态包括船舶纵向速度、船舶横向速度、船舶的艏摇角速度和船舶沿轨道航行的距离，所述第一控制输入数据包括船舶的航向角控制数据、船舶横向距离控制数据；

采用欧拉离散方式对船舶运动模型离散化，得到离散模型；

对所述离散模型进行线性转换，得到线性预测模型；

采用线性回归方式对第一船舶状态和第一控制输入数据进行估计，同时引用回归变量Γ并基于核密度估计函数确定回归变量的数值构建船舶估计模型；

根据第一船舶状态、第一控制输入数据、线性预测模型和船舶估计模型计算得到船舶线性时变预测模型；

将模型预测控制律应用于所述线性时变预测模型，迭代第二预设次数后存储第二船舶状态和第二控制输入数据；

根据第一船舶状态、第一控制输入数据、第二船舶状态和第二控制输入数据，采用线性模型预测控制算法迭代第三预设次数后，得到若干个控制序列；

根据控制序列的第一个元素更新船舶路径控制状态；

其中，所述将模型预测控制律应用于所述线性时变预测模型，迭代第二预设次数后存储第二船舶状态和第二控制输入数据，包括：

在每一个迭代i都计算一个有限时域优化问题，如下公式：

s.t.x_k+1＝Ax_k+Bu_k,

约束条件x_k+1＝Ax_k+Bu_k为线性预测模型；x₀＝x_s为船舶初始状态；和为船舶状态和输入控制约束；定义预测时域为N；通过计算优化控制问题，得到每一个采样时间k的一个最优控制序列U＝{u₀,…,u_N-1}，再将控制序列的第一个元素作用于船舶控制器，如此迭代第二预设次数M₂次以创建另一个数据集；

根据阶段成本函数计算船舶从起点到终点能较好的保持船舶运动轨迹的船舶控制输入；

所述根据第一船舶状态、第一控制输入数据、第二船舶状态和第二控制输入数据，采用线性模型预测控制算法迭代第三预设次数后，得到若干个控制序列，包括：

确定当前迭代次数i小于第三预设次数M₃且船舶未到达终点，则在第i次迭代初始化船舶状态，采用PID控制律和模型预测控制律存储的离线数据船舶状态和控制输入数据，并构建如下公式的优化问题：

s.t.x_i+1|k＝Ax_t|k+Bu_t|k,

x_t|k∈χ,u_t|k∈V,

x_k+N|k∈SS^i-1

x_i+1|k＝Ax_t|k+Bu_t|k为线性船舶预测模型；为船舶初始状态；x_t|k∈χ,u_t|k∈V为船舶状态和输入约束；x_k+N|k∈SS^i-1为确保船舶最终状态属于安全集SS^i-1；在每一次迭代i中，控制器从之前的i-N_s次迭代中选择N_ss点来创建安全集SSⁱ，其中，N_ss和N_s均为控制参数，第i次迭代的安全集SSⁱ为由先前的迭代i次数中执行的所有成功轨迹组成，Qⁱ(x)表示学习成本。

2.根据权利要求1所述的一种船舶路径跟踪的控制方法，其特征在于，所述对船舶的航向角和横向距离进行PID控制，并存储PID控制过程中的第一船舶状态和第一控制输入数据，其具体为：

对船舶的航向角和横向距离进行PID控制后，迭代第一预设次数后存储第一船舶状态和第一控制输入数据。

3.根据权利要求1所述的一种船舶路径跟踪的控制方法，其特征在于，所述核密度估计函数用于确定所述回归变量的大小。