[发明专利]一种船舶靠泊速度的控制方法

权利要求书

1.一种船舶靠泊速度的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、建立船舶靠泊模型

假设船舶在靠泊时以低速行驶，船舶靠泊的三自由度运动数学模型建模如下：

η＝[x y ψ]^T (2)

υ＝[u v r]^T (3)

其中，表示位姿的导数，即速度，R(ψ)是旋转矩阵，υ是速度矢量，η是位置和姿态向量，x表示喘振位置，y是摇摆位置，ψ是偏航角；u是前进速度，v是摇摆速度，r是偏航角速度，τ_u表示沿前进方向的控制输入，τ_r表示沿偏航方向的控制输入，τ_v表示沿摇摆方向的控制输入，代表速度的导数，即加速度，表示前进的加速度，表示偏航角加速度，F_wx是沿着前进方向的风扰动力矢量，F_wy是沿摇摆方向的风扰动力矢量，N_wc是沿偏航方向的风扰动转矩.F_cx是沿前进方向的水流扰动力矢量，F_cy是沿摇摆方向的水流扰动力矢量，N_c是沿偏航方向的水流扰动转矩，F_sx是沿前进方向的波浪扰动力矢量，F_sy是沿摇摆方向的波浪扰动力矢量，N_s是沿偏航方向的波浪扰动转矩，F_xb是沿纵荡的船-岸相互作用的力矢量，N_b是沿偏航方向的船-岸相互作用力矩，m₁₁,m₂₂,m₂₃,m₃₂,m₃₃是惯性矩阵的元素，d₁₁,d₂₂,d₂₃,d₃₂,d₃₃是流体动力阻尼参数矩阵的元素；

记：

则公式(4)可写成:

上述τ₁表示控制力矢量力矩，公式(12)为船舶靠泊模型；

步骤2、计算岸壁效应扰动

计算直岸的力F_xb和力矩N_b：

其中，ρ是水密度，C_b是方形系数，W是船的宽度，d是船舶吃水，h是水深，u是船舶的前进速度，η₀是船宽与船岸距离之比，L是船的长度；

把公式(13)代入公式(5)和公式(7)，计算岸壁效应扰动；

步骤3、建立浅水效应模型

求取浅水区的修正系数:

其中，m′₁₁,m′₂₂,m′₃₃是浅水区的修正系数；把浅水区的修正系数m′₁₁,m′₂₂,m′₃₃替换公式(4)-(9)中的m₁₁,m₂₂,m₃₃，计算浅水效应的影响；

步骤4、求解满足如下不等式的矩阵F:

P＝P^T0 (16)

M＝PWF (17)

其中，W是船舶的宽度，P代表待求矩阵，矩阵上标T代表矩阵的转置；

步骤5、计算总控制输入力τ₁，并将该总控制输入力τ₁作用于船舶来控制船舶靠泊速度：

前馈控制输入力

式中,υ_r为期望靠泊速度,代表期望靠泊速度的导数，即期望靠泊加速度；

滑模鲁棒控制输入力τ_1s＝-B^-1[λsgn(υ-υ_r)] (19)

式中，系数λ0，υ是实际的船舶靠泊速度；

总控制输入力τ₁＝τ_1s+τ_1r (20)。