[发明专利]多拖轮协作的靠离泊智能辅助系统及方法

权利要求书

1.一种基于多拖轮协作的靠离泊智能辅助系统，其特征在于，包括：

上层控制器，用于基于MPC算法将获取的船舶数据进行处理，得到期望船舶位置、期望船舶速度以及环境阻力信息，并基于代价函数对所述期望船舶位置以及所述期望船舶速度进行处理，得到拖轮的期望轨迹和动力，基于工作模式选择信息选择拖轮的工作模式，并基于所述拖轮的工作模式确定协调多艘拖轮的控制指令；所述拖轮的工作模式包括顶推或者拖曳；所述船舶数据包括：期望船尾位置、航速、障碍物位置信息以及风阻力信息；所述动力包括：牵引力或者顶推力；

下层控制器，与所述上层控制器通信连接，用于接收所述上层控制器发送的所述拖轮的期望轨迹、动力以及环境阻力信息，并基于MPC算法对所述拖轮的期望轨迹、动力以及环境阻力信息进行处理得到工作模式选择信息，且将所述工作模式选择信息发送至所述上层控制器，以及接收所述上层控制器发送的所述控制指令，并基于所述控制指令，得到推进器数据信息；

物理层硬件模块，与所述下层控制器通信连接，用于接收所述下层控制器发送的推进器数据信息，基于所述推进器数据信息执行多拖轮协作的靠离泊操作。

2.根据权利要求1所述的基于多拖轮协作的靠离泊智能辅助系统，其特征在于，

所述上层控制器，用于基于代价函数对所述期望船舶位置数据以及期望船舶速度进行自适应权重处理，得到自适应权重系数，且将所述自适应权重系数、所述期望船舶位置数据以及所述期望船舶速度通过最小化成本函数处理，得到拖轮的期望轨迹和牵引或者顶推力。

3.根据权利要求2所述的基于多拖轮协作的靠离泊智能辅助系统，其特征在于，所述物理层硬件模块，还包括：待服务船舶单元；

所述待服务船舶单元，与所述上层控制器通信连接，用于实时发送船位和航速至所述协调控制器单元；

所述上层控制器，用于基于最小成本函数对所述自适应权重系数、所述期望船舶位置、所述期望船舶速度、所述实时船位以及所述实时航速进行处理，得到拖轮的期望轨迹和动力。

4.根据权利要求1所述的基于所述多拖轮协作的靠离泊智能辅助系统，其特征在于，

所述下层控制器，用于接收所述物理层硬件模块发送的拖轮位置状态反馈信息，基于MPC算法对所述拖轮的期望轨迹、动力、环境阻力信息以及所述拖轮位置状态反馈信息进行处理，得到工作模式选择信息。

5.根据权利要求4所述的基于多拖轮协作的靠离泊智能辅助系统，其特征在于，

所述下层控制器，用于接收所述上层控制器发送的所述控制指令，并基于所述控制指令，结合成本函数对所述拖轮的期望轨迹、动力、环境阻力信息以及所述拖轮位置状态反馈信息进行处理，得到推进器数据信息。

6.根据权利要求1所述的基于多拖轮协作的靠离泊智能辅助系统，其特征在于，所述物理层硬件模块，包括：

推进器以及拖缆；

所述推进器，用于在拖轮顶推工作模式下，接收下层控制器发送的推进器数据信息，基于所述推进器数据信息执行多拖轮协作的靠离泊操作；

所述拖缆，用于在拖曳工作模式下，接收下层控制器发送的推进器数据信息，基于所述推进器数据信息执行多拖轮协作的靠离泊操作。

7.根据权利要求1所述的基于多拖轮协作的靠离泊智能辅助系统，其特征在于，

所述上层控制器，与外部终端通信连接，还用于接收并执行所述外部终端远程发送的上层控制器工作指令。

8.根据权利要求1所述的基于多拖轮协作的靠离泊智能辅助系统，其特征在于，

所述下层控制器，与外部终端通信连接，还用于接收并执行所述外部终端远程发送的下层控制器工作的指令。

9.根据权利要求1所述的基于多拖轮协作的靠离泊智能辅助系统，其特征在于，

所述上层控制器安装于待服务船舶，所述下层控制器安装于拖轮端。

10.一种基于多拖轮协作的靠离泊智能辅助方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-9任一项所述的系统，所述方法，包括：

上层控制器基于MPC算法将获取的船舶数据进行处理，得到期望船舶位置、期望船舶速度以及环境阻力信息，并基于代价函数对所述期望船舶位置数据以及所述期望船舶速度进行处理，得到拖轮的期望轨迹和动力，将所述拖轮的期望轨迹、所述动力以及所述环境阻力信息发送至下层控制器；

所述下层控制器基于MPC算法对所述拖轮的期望轨迹、动力以及环境阻力信息进行处理得到工作模式选择信息，且将所述工作模式选择信息发送至所述上层控制器；

所述上层控制器基于所述工作模式选择信息选择拖轮的工作模式，并基于所述拖轮的工作模式确定协调多艘拖轮的控制指令，且将所述控制指令发送至所述下层控制器；

所述下层控制器基于所述控制指令，得到推进器数据信息，并将所述推进器数据信息发送至物理层硬件模块；

所述物理层硬件模块，基于所述推进器数据信息执行多拖轮协作的靠离泊操作。