[发明专利]一种动力定位船自动定点混合控制模式的导引方法

权利要求书

1.一种动力定位船自动定点混合控制模式的导引方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤一，根据半潜船的各项参数信息，确定半潜船动力学方程：

式中：H_Xt、H_Yt、H_Nt——作用在船体上力和力矩；

x_g——船舶重心在x轴方向上的位置坐标；

步骤二，由公式(1)可以得到船舶的加速度及角加速度，积分可以求得船舶速度，控制器接收反馈信号，并由运动学方程计算固定坐标系下船舶速度，方程如下：

步骤三，由公式(2)可以得到固定坐标系下在三自由度方向上的船舶速度，积分可以求得船舶在固定坐标系中的位置并向控制器反馈；

步骤四，由船舶期望位置和船舶实时位姿，求出导引点坐标(N_los,E_los)；

为了计算出未知LOS点的坐标p_los＝(N_los,E_los)，必须满足下面两式：

(N_los-N_t)²+(E_los-E_t)²＝R² (3)

式中：R——导引半径；

另：e＝N_k，f＝E_k；

定义下式：

a＝1+d² (5)

b＝2(dg-dE_t-N_t) (6)

1)ΔN＞0

E_los＝d(N_los-N_k)+E_k (9)

当ΔE＝0时，E_los＝E_k＝E_k+1；

2)ΔN＜0

E_los＝d(N_los-N_k)+E_k (11)

当ΔE＝0时，E_los＝E_k＝E_k+1；

3)ΔN＝0

当ΔE＝0时，E_los＝N_k＝N_k+1；

①对于ΔE＞0

②对于ΔE＜0

导引律为Joystick+Auto swayYaw模式导引律，设计方式如下：由Auto Position和Joystick模式转入此模式：按下Auto Sway按钮和Auto Surge按钮后，指示灯开始闪烁，当速度比限定速度小时，Auto Sway按钮和Auto Surge按钮状态为常亮，对当前的位置和航向(N₀,E₀,ψ₀)进行记录，此时Auto Sway和Auto Surge方向运动受限制，操纵Joystick控制船舶围绕控制点做旋转运动；

(N_t,E_t,ψ_t)代表船舶当前位置，(N_d,E_d,ψ_d)代表船舶的期望位置和航向；l_d代表期望的导引路径，l_v代表与期望路径垂直的路径，l_d与l_v相交点为d，代表船舶期望导引位置；

船舶的期望航向可用下式表示：

ψ_d＝ψ_t (14)

与上述情况类似，导引路径为：

E_d＝E₀ (15)

N_d＝N₀ (16)

此种情况下的导引律由(14)、(15)和(16)组成；

步骤五，PID控制的原理表达式如下：

式中：K_P,K_I,K_D——各环节增益系数；K_P——有差调节；K_I——静差调节；K_D——偏差变化率，

由公式(17)进行三自由度方向上运动控制器的构建，操纵手柄能够通过对应不同的速度环来控制船舶三个自由度的速度；动力定位系统运动控制器由速度内环控制和位置外环控制来控制船舶运动。