[发明专利]一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法

权利要求书

1.一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，其特征在于，包括：

根据直线或圆弧的视线导航法将靠泊过程的航迹跟踪控制数据转化为航速控制与航向控制参数；

基于双桨双舵船舶具有的错车功能以及所述航速控制与航向控制参数，构建靠泊任务的控制策略；所述控制策略包括：将船舶的两个车令转化为进车指令和错车指令，进车指令作用于航速子系统，错车指令与舵令共同作用于航向子系统；

通过增量式PID控制器执行靠泊过程中的所述控制策略，并根据PID参数的调节规则设计模糊规则表对PID参数进行自适应在线调整；

根据在线调整的实时PID参数，实现双桨双舵船舶的自动靠泊；

所述直线视线导航法下相关参数的几何关系包括：

(1)式中，(x_k，y_k)表示P(k)点的坐标；(x_k-1，y_k-1)表示P(k-1)点的坐标；ψ_d表示LOS算法得到的期望艏向；α_t表示当前路径与前视向量Δ的夹角；

当船舶所处的坐标与所要跟踪的路径相差较远时，即ε_t＞Δ，此时令α_t＝π/2，α_t满足：

(2)式中，ε_t表示船舶的横向位置误差；

引入一个侧滑角β来修正期望艏向，修正后的期望艏向表示为β＝arctan(v/u)

ψ_d＝η_i-α_t-β (3)

β表示当船舶在靠泊过程中受到风、流作用下的侧滑角，v表示船舶的横向速度，u表示船舶的纵向速度；

所述圆弧视线导航法下相关参数的几何关系包括：

(4)式中，P₀(x₀,y₀)表示圆弧圆心，R表示半径；船舶重心与点P₀间的连线与圆弧交于点P_k(x_k,y_k)；船舶当前位置位于(x_t,y_t)，ψ_t表示当前时刻船艏向，ε_t表示路径跟踪横向误差，ψ_d表示期望艏向，α_t表示当前路径与前视向量Δ的夹角；β表示当船舶在靠泊过程中受到风、流作用下的侧滑角；α_t满足：

2.如权利要求1所述的一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，其特征在于，根据直线或圆弧的视线导航法将靠泊过程的航迹跟踪控制数据转化为航速控制与航向控制参数，包括：

在船舶自动靠泊过程中，用一系列航迹点(P(1),L P(k-1),P(k),L P(n))表示船舶的路径；

在进行直线段的路径跟踪时，设置起始点P(k-1)，终止点P(k)；

当船舶沿直线运动到下一点时终止点变为P(k+1)，以中间点P(k)为圆心R为半径做一圆形；

船舶在所述圆形内转向，之后P(k)变为新的起始点，P(k+1)变为新的终止点，以此类推完成对期望路径的跟踪。

3.如权利要求2所述的一种基于模糊PID的船舶自动靠泊控制方法，其特征在于，所述直线视线导航法对路径的跟踪，包括：

在大地坐标系下，确定相关参数；所述相关参数包括：当前时刻船舶的位置为(x_t,y_t)、艏向为ψ_t，初始期望航迹与正北方向的夹角为η_i，船舶的横向位置误差大小为ε_t，船舶当前位置与此段路径终点的连线与当前路径的夹角为δ_t，当前位置与终点的距离为d_t；

根据确定的所述相关参数，选择前视向量Δ，实现路径跟踪；所述前视向量为船舶长度的2～6倍；

当d_t小于R时则进行下一路径点的跟踪。