[发明专利]一种船舶矢量舵控制方法、装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及船舶航向航迹控制技术领域，具体涉及一种船舶矢量舵控制方法、装置及系统。

背景技术

船舶航向控制是船舶航行时不可或缺的功能，是船舶航行的重要性能之一，也是自动化科学技术在船舶工程中应用取得显著成果的一个领域。船舶航向控制的基本机理是将装在船尾部的舵作为施力控制面，通过舵的转动产生水动力矩，进而转换为控制力矩作用于船舶，从而保障船舶按期望的航向航行。

但是，舵叶水动力系数与舵双侧面曲率及曲率不对称度有关。当舵角为一定值时，舵叶产生的水动力矩随其舵两侧曲率及曲率不对称度增加而增大。现有技术中，还没有改变舵两侧曲面曲率的方法，不能增大舵叶上产生的水动力系数和控制力矩，不能提高控制效率，不能降低能耗。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种船舶矢量舵控制方法、装置及系统，可以提高船舶航向控制效率，能够降低能耗。

第一方面，本发明提供的一种船舶矢量舵控制方法，包括：

检测船舶偏离预设航向时的实际航向角；

根据所述预设航向和检测的所述实际航向角，计算校正所述船舶航向的控制力矩；

根据所述控制力矩，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号；

根据所述舵角指令信号，驱动所述船舶的舵，根据所述翼舵角指令信号，驱动所述船舶的翼舵。

可选的，所述根据所述控制力矩，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号，包括：

建立控制力矩解析模型；

建立智能决策指标函数；

基于所述控制力矩解析模型和所述智能决策指标函数，根据所述控制力矩，建立决策规则；

根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号。

可选的，所述控制力矩解析模型为回归模型。

可选的，所述根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号，包括：

采用改进遗传算法，根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号。

可选的，所述根据所述舵角指令信号，驱动所述船舶的舵，根据所述翼舵角指令信号，驱动所述船舶的翼舵，包括：

分别检测所述船舶的舵角和翼舵角；

根据所述舵角指令信号和检测的所述舵角，计算舵控制信号；根据所述翼舵角指令信号和检测的所述翼舵角，计算翼舵控制信号；

根据所述舵控制信号，控制舵驱动装置；根据所述翼舵控制信号，控制翼舵驱动装置；

根据所述舵驱动装置和所述翼舵驱动装置，驱动矢量传动装置；

根据所述矢量传动装置，分别驱动所述船舶的舵和翼舵。

可选的，所述根据所述矢量传动装置，分别独立驱动所述船舶的舵和翼舵，包括：

根据具有任意转角比的舵和翼舵相互独立传动的矢量传动装置，分别独立驱动所述船舶的舵和翼舵。

第二方面，本发明提供的一种船舶矢量舵控制装置，包括：

航向角检测模块，用于检测船舶偏离预设航向时的实际航向角；

控制力矩计算模块，用于根据所述预设航向和检测的所述实际航向角，计算校正所述船舶航向的控制力矩；

指令信号计算模块，用于根据所述控制力矩，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号；

驱动模块，用于根据所述舵角指令信号，驱动所述船舶的舵，根据所述翼舵角指令信号，驱动所述船舶的翼舵。

可选的，所述指令信号计算模块，包括：

解析模型建立单元，用于建立控制力矩解析模型；

指标函数建立单元，用于建立智能决策指标函数；

决策规则建立单元，用于基于所述控制力矩解析模型和所述智能决策指标函数，根据所述控制力矩，建立决策规则；

指令信号计算单元，用于根据所述决策规则，计算校正所述船舶航向的舵角指令信号和翼舵角指令信号。

可选的，所述驱动模块，包括：

检测单元，用于分别检测所述船舶的舵角和翼舵角；

控制信号计算单元，用于根据所述舵角指令信号和检测的所述舵角，计算舵控制信号；根据所述翼舵角指令信号和检测的所述翼舵角，计算翼舵控制信号；

驱动装置控制单元，用于根据所述舵控制信号，控制舵驱动装置；根据所述翼舵控制信号，控制翼舵驱动装置；

传动装置驱动单元，用于根据所述舵驱动装置和所述翼舵驱动装置，驱动矢量传动装置；