[发明专利]一种船舶编队控制方法、装置及存储介质

说明书

本发明公开了一种船舶编队控制方法、装置及存储介质，涉及船舶编队领域。其中，船舶编队控制方法包括：建立编队中多个船舶的运动学模型，根据船舶的运动学模型确定船舶系统模型，采用领导者‑跟随者的编队方式根据船舶系统模型确定船舶的编队控制律以形成编队，当船舶编队结构变化则构造船舶的势场函数，根据构造的势场函数确定船舶的控制输入，构造李雅普诺夫函数以稳定船舶的控制输入。通过在船舶编队结构发生变化时构造船舶的势场函数，编队中的船舶根据势场函数能够对规避相邻船舶，避免船舶之间发生碰撞。

技术领域

本发明涉及船舶编队领域，尤其涉及一种船舶编队控制方法、装置及存储介质。

背景技术

随着自动化技术的不断发展，出现了无人船来代替人工进行海上垃圾捕捞、海面探测等活动，船舶编队控制技术的出现使得这些无人穿的海上工作效率得到提高。但是，在船舶编队的控制上，需要考虑船舶具体的工作环境，例如，内河场景下的整体环境比海上环境更为复杂，传统的领导跟随法等无法解决船舶在编队航行时连续过弯的船舶内部避碰避障问题。特别是异构船舶，由于异构船舶个体运动特性的差异，导致的编队控制问题在内河航道中进一步被放大，船舶在过弯或者编队变化时容易发生内部碰撞。

发明内容

为了解决上述技术问题的至少之一，本发明提出一种船舶编队控制方法、装置及存储介质，能够避免船舶编队内部发生碰撞。

第一方面，本发明实施例提供了一种船舶编队控制方法，包括以下步骤：

建立多个船舶的运动学模型；

根据船舶的运动学模型确定船舶系统模型；

采用领导者-跟随者的编队方式根据船舶系统模型确定船舶的编队控制律；

当船舶编队结构变化构造船舶的势场函数；

根据所述势场函数确定船舶的控制输入；

构造李雅普诺夫函数以稳定船舶的控制输入。

在一些实施例中，所述船舶的运动学模型为：

其中，η＝[x,y,ψ]^T，x表示在大地坐标系下船舶的纵向坐标，y表示在大地坐标系下船舶的横向坐标，ψ表示在大地坐标系下船舶的首向角；表示船体坐标系转换为大地坐标系的转换过程；ν＝[u,v,r]^T，u表示在船体坐标系下船舶的纵向速度，v表示在船体坐标系下船舶的横向速度，r表示在船体坐标系下船舶的首向速度；M为船舶的质量矩阵，D(v)表示船舶的阻尼矩阵，C(v)表示船舶的科氏力矩阵；τ_wind+τ_wave＝[τ_udt,τ_vdt,τ_rdt]^T，τ_udt表示在船体坐标系下船舶在纵向方向受到的外部环境扰动，τ_vdt表示在船体坐标系下船舶在横向方向受到的外部环境扰动，τ_rdt表示在船体坐标系下船舶在首向角方向受到的外部环境扰动；τ表示船舶的控制力矩。

在一些实施例中，所述船舶系统模型表示为：

其中，p(t)∈R，q(t)∈R，u(t)∈R，p(t)表示在船体坐标系下船舶的位置，p＝[p_x,p_y]^T，p_x＝x，p_y＝y；q(t)表示船体坐标系下船舶的速度，q＝[q_x,q_y]^T，q_x＝u，q_y＝v；u(t)表示船舶的控制输入。

在一些实施例中，所述船舶的编队控制律表示为：