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[发明专利]一种基于MMG-GMM的船舶数字孪生动力学模型聚类方法及系统-CN202310738354.5在审
发明人： 包政凯;王昱瑶;白阳;彭晨;刘志林 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2023-06-20 - 公布日： 2023-10-27 - 主分类号： G06F30/27 文献下载
摘要：一种基于MMG‑GMM的船舶数字孪生动力学模型聚类方法及系统，属于船舶动力学建模领域。本发明为了应对复杂多变的环境下船舶的运动仿真和切换控制器，并能兼容传统的船舶运动控制器和状态观测器算法以及节省计算机计算和存储资源而提出的。技术要点：以单次船舶转向运动控制为单位，分割船舶运动数据段，并使用数据平滑算法平滑数据，同时求出运动数据对时间的一阶和二阶导数；使用上一步骤的到的平滑数据辨识简化MMG模型参数估计值，模型辨识方法不限；基于BFGS拟牛顿法使用上述平滑数据对船舶模型参数估计值进行优化；基于SD聚类指标对MMG模型进行聚类分析，得到MMG‑GMM模型。该模型应对复杂多变的环境下的船舶数字孪生运动仿真和孪生同步切换控制器设计有实际工程意义。
一种基于 mmg gmm 船舶数字孪生动力学模型方法系统

[发明专利]一种船舶自适应舵极坐标模型参考自适应航迹控制方法及系统-CN202310730951.3在审
发明人： 包政凯;彭晨;白阳;王昱瑶;刘志林 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2023-06-20 - 公布日： 2023-10-24 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：一种船舶自适应舵极坐标模型参考自适应航迹控制方法及系统，属于船舶自适应舵航迹控制技术领域，本发明为解决现有航迹控制算法存在航迹控制精度较低、对复杂航行条件适应能力较差、在复杂环境下安全稳定性不足等问题而提出的。技术要点：步骤一：初始化控制律参数初值以及自适应学习率，并设置回转半径和转向角速度；步骤二：根据船舶运动状态计算更新直角坐标系到极坐标系的转换矩阵；步骤三：计算预设半径回转模型参考自适应控制律；步骤四：计算参考模型运动状态与实船运动状态的差。本发明将直角坐标系下的船舶运动学和动力学方程首先转换到极坐标系下，在极坐标下设计了船舶自适应舵模型参考自适应航迹控制率和参数自适应率，用于船舶圆弧航迹的高精度跟踪控制。
一种船舶自适应坐标模型参考航迹控制方法系统

[发明专利]一种基于贝叶斯估计的船舶模型参数在线辨识方法及系统-CN202310734282.7在审
发明人： 包政凯;白阳;彭晨;王昱瑶;刘志林 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2023-06-20 - 公布日： 2023-10-20 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：一种基于贝叶斯估计的船舶模型参数在线辨识方法及系统，属于船舶模型参数辨识邻域。为了提升船舶模型参数在线辨识的精度而提出的。技术要点：本发明将贝叶斯估计理论应用于船舶模型参数在线辨识，通过似然函数和参数先验来求取后验概率，再通过后验概率最大原理求得贝叶斯估计结果，随后根据条件数和相关性系数对数据进行加权，提升参数辨识的精度，发明成果将应用到实船，为船舶运动控制器设计和优化提供参数依据。根据已知的在线测量数据段，求取似然函数；(根据贝叶斯最大后验定理，利用先验和似然函数求取后验概率，再使得后验概率取得其最大值，得到相应的贝叶斯估计结果；根据条件数和相关性系数对数据进行加权，得到加权后后验概率函数，根据上述步骤得到自动加权贝叶斯估计方法。
一种基于贝叶斯估计船舶模型参数在线辨识方法系统

[发明专利]一种船舶自适应舵航迹保持积分最优控制方法及系统-CN202310731003.1在审
发明人： 包政凯;彭晨;白阳;王昱瑶;刘志林 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2023-06-20 - 公布日： 2023-09-05 - 主分类号： G05B13/04 文献下载
摘要：一种船舶自适应舵航迹保持积分最优控制方法及系统，属于船舶自适应舵航迹控制技术领域。为解决间接式航迹控制航迹跟踪精度低效果较差、以及直线航迹跟踪遭遇的风浪流干扰偏航等问题而提出的。技术要点：根据船舶航速u0和目标航向偏差ψr更新系统矩阵A；选取精度、能耗平衡参数矩阵，求解ILQR黎卡提方程得到最优控制方差矩阵；计算ILQR控制器比例微分系数矩阵，根据临界阻尼原理计算积分系数矩阵；设置噪声方差阵，求解GESO黎卡提方程得到观测方程阵；计算GESO观测增益,根据临界阻尼原理计算观测积分增益矩阵；计算GESO状态观测结果x和ILQG控制率；循环上述步骤即可控制船舶沿设定的直线航迹行驶。本发明能够有效的解决直线航迹跟踪遭遇的风浪流干扰偏航问题，使得闭环系统具有良好的鲁棒稳定性，同时减少单位时间的操舵次数，降低操舵能耗；经过大量测试，具有先进的性能。
一种船舶自适应航迹保持积分最优控制方法系统

[发明专利]船舶航向跟踪自适应控制方法-CN202210177710.6在审
发明人：朱齐丹;包政凯;刘永超;杨司浩 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2022-02-25 - 公布日： 2022-08-19 - 主分类号： G05B13/04 文献下载
摘要：本发明公开了船舶航向跟踪自适应控制方法，将微分跟踪器与模型参考自适应控制结合，设计了微分跟踪模型参考自适应控制方法，使船舶可以以恒定角速度转向，以李雅普诺夫函数保证航向和角速度信号跟踪的收敛性；同时考虑到船舶在航向保持过程中要求较高航向控制精度的同时降低操舵能耗，设计高斯自适应线性二次型最优控制器，可以在较低的操舵能耗下达到更高的航向控制精度。使用船舶半实物仿真平台的多种海况和船型，对分别嵌入两种控制算法的自适应舵软件进行了控制性能对比测试，验证了两种控制器的稳定性。性能指标结果表明，微分跟踪模型参考自适应控制器具有更好的转向控制性能，自适应线性二次型高斯最优控制器具有更好的航向保持性能。
船舶航向跟踪自适应控制方法

[发明专利]一种基于满秩分解的遗忘因子最小二乘模型参数辨识方法-CN202110886408.3在审
发明人：朱齐丹;包政凯;刘永超 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2021-08-03 - 公布日： 2021-11-26 - 主分类号： G06F17/11 文献下载
摘要：本发明提出了一种基于满秩分解的遗忘因子最小二乘模型参数辨识方法,使得欠激励数据对降维后的辨识模型重新满足激励条件，以保证跟踪时变参数和扰动时辨识结果的收敛性。通过设置死区确定降维的方式，同时削弱扰动在辨识过程的影响。将图二所示长时间欠激励,海洋环境干扰工况下实船数据用于航向模型参数辨识，对比FFLS和FRDLS算法辨识船舶操纵模型参数的辨识结果曲线和航向角速度预报误差曲线，可以发现满秩分解最小二乘法能有效抑制数据欠激励和存在海洋环境扰动时参数辨识过程中的漂移和发散问题，并提高参数辨识的精度，同时具有计算量小，实时性强，简单易实现的优点。
一种基于分解遗忘因子最小模型参数辨识方法