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[发明专利]基于强化学习的无人驾驶船舶多船避碰决策方法及系统-CN202311038110.2在审
发明人：关巍;罗文哲;崔哲闻;张显库;苏作靖 -专利权人：大连海事大学
申请日： 2023-08-16 - 公布日： 2023-10-27 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于强化学习的无人驾驶船舶多船避碰决策方法及系统，涉及船舶自主避障技术领域，该方法包括：建立船舶运动数学模型，并基于所述船舶运动学模型确定当前船舶自身状态向量；构建针对多船会遇局面下的航行决策判定方式；基于RVO算法和VO算法进行碰撞风险评估，确定碰撞风险区域；通过历史数据训练BiGRU网络模型；将所述当前船舶自身状态向量、碰撞风险评估向量、船舶预计碰撞时间以及进行周围环境状态感知的激光雷达线输入至训练好的BiGRU网络模型中，得到当前船舶的舵角。本发明能够解决不同复杂环境下的行为决策问题，防止船舶碰撞所造成的巨大经济损失，具有很高的工程实用性。
基于强化学习无人驾驶船舶多船避碰决策方法系统

[发明专利]基于多端口输出误差触发机制的机帆船路径跟踪控制方法-CN202110251207.6有效
发明人：张国庆;李纪强;李博;刘上;董相君;姚明启;张卫东;张显库 -专利权人：大连海事大学
申请日： 2021-03-08 - 公布日： 2023-10-27 - 主分类号： G05D1/08 文献下载
摘要：本发明公开了基于多端口输出误差触发机制的机帆船路径跟踪控制方法，通过在帆船模型中构建螺旋桨推进项，系统推进力由螺旋桨和帆结构共同提供，在控制器设计中，帆动力仅作为推力补偿项来减少螺旋桨的能量消耗，从而减少主机耗能。通过利用多端口输出误差触发机制，使得输出反馈误差和控制信号仅在事件触发点进行更新，极大的减小了从传感器到控制器和执行器的通信负载。
基于多端输出误差触发机制机帆船路径跟踪控制方法

[发明专利]基于触发制导和自更新阈值的ASV预设性能控制方法-CN202310287839.7有效
发明人：张国庆;李纪强;尹世麟;王力;常腾宇;蒋畅言;吕红光;尹勇;张显库 -专利权人：大连海事大学
申请日： 2023-03-22 - 公布日： 2023-10-20 - 主分类号： G05B13/04 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于触发制导和自更新阈值的ASV预设性能控制方法，包括：S1：建立3自由度ASV的非线性数学模型和ASV的虚拟参考路径模型；S2：获取ASV的制导律；S3：获取基于有限边界触发圆的制导律；S4：获取ASV的虚拟控制律；S5：获取虚拟控制律的动态面信号：S6：获取动态事件触发机制；S7：获取ASV主机转速命令和ASV舵角命令；S8：获取ASV预设性能控制器的设计参数，以对ASV进行控制。本发明通过构建基于有限边界触发圆的制导律，降低了参考信号的传输频率，降低制导系统的通信负载。通过虚拟控制律的动态面信号，解决了触发阈值需要人为设计的问题，提高了ASV的控制精度。
基于触发制导更新阈值 asv 预设性能控制方法

[发明专利]面向多水面自主航行器会遇局面的航行决策方法及系统-CN202311038127.8在审
发明人：关巍;崔哲闻;罗文哲;张显库;苏作靖 -专利权人：大连海事大学
申请日： 2023-08-16 - 公布日： 2023-10-10 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：本发明公开了一种面向多水面自主航行器会遇局面的航行决策方法及系统，涉及水面自主航行器自主避障技术领域，该方法包括：建立水面自主航行器运动模型和水面自主航行器领域模型；根据所述水面自主航行器运动模型和所述水面自主航行器领域模型确定当前水面自主航行器位置坐标；构建针对多水面自主航行器会遇局面下的航行决策判定方式；通过历史数据训练RG‑ABPPO网络模型；将所述当前水面自主航行器的位置坐标、目标位置坐标以及所述雷达探测矢量线输入至训练好的RG‑ABPPO网络模型中，得到当前水面自主航行器操纵的连续舵角。本发明通过多水面自主航行器对未知环境的感知以及与外界不断交互，可以完成多水面自主航行器航行决策任务以及复杂水域中的避障任务。
面向水面自主航行器会遇局面决策方法系统

[发明专利]新型的超大型欠驱动船舶路径跟踪预测LOS制导方法-CN202310920963.2在审
发明人： 张显库;章沪淦;范佳明 -专利权人：大连海事大学
申请日： 2023-07-25 - 公布日： 2023-10-10 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：本发明公开了一种新型的超大型欠驱动船舶路径跟踪预测LOS制导方法，包括：S1、建立包含风、浪干扰及非线性项的船舶仿真模型和包含外部扰动的船舶设计模型；S2、获取高阶非线性观测器，以获取船舶速度和外部未确定扰动；S3：获取船舶的虚拟参考艏向角；S4：考虑当前时域的路径偏差和未来时域的路径偏差的总路径跟踪偏差，获取船舶的预测LOS虚拟艏向角；S5：获取船舶的控制律，以对新型的超大型欠驱动船舶的路径进行控制。本发明针对超大型欠驱动船舶制定对应导航策略，解决了超大型欠驱动船舶在轨迹跟踪过程中容易出现的超调问题。为提高超大型船舶航行的安全性提供理论指导。
新型超大型驱动船舶路径跟踪预测 los 制导方法

[发明专利]考虑实船试验数据的二阶非线性响应模型参数估计方法-CN202310796561.6在审
发明人： 张显库;孟耀;段雅婷;郭强;马道成 -专利权人：大连海事大学
申请日： 2023-06-30 - 公布日： 2023-09-29 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：一种考虑实船试验数据的二阶非线性响应模型参数估计方法，包括：根据船舶的转艏角速度、船舶的艏摇角、船舶的舵角建立船舶的二阶非线性响应型数学模型，以获取待进行估计的参数；获取简化的待估计参数；基于卡尔曼滤波理论，确定辨识模型的输入和辨识模型的状态变量；获取船舶的二阶非线性响应型数学模型的状态空间方程；获取船舶的参数辨识模型；基于均方根无迹卡尔曼滤波方法，对待进行估计的参数进行参数估计。本发明基于卡尔曼滤波理论，得到状态空间方程，并基于均方根无迹卡尔曼滤波方法，通过所建立的船舶的参数辨识模型，对待进行估计的参数进行参数估计。能够有效的避免滤波发散，并且辨识结果具有较好的收敛性、泛化性以及预报结果。
考虑试验数据非线性响应模型参数估计方法

[发明专利]一种基于干预LVS制导的ASV多端口事件触发路径跟踪控制方法-CN202210626110.3有效
发明人：张国庆;李纪强;王力;常腾宇;肖仲明;尚晓勇;张显库 -专利权人：大连海事大学
申请日： 2022-06-02 - 公布日： 2023-09-19 - 主分类号： G05B13/04 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于干预LVS制导的ASV多端口事件触发路径跟踪控制方法，包括建立基于连续时间的ASV的非线性数学模型；计算LVS的位置并将其作为ASV的参考位置；计算ASV的制导信号；根据动态反馈评价机制生成干预LVS制导信号；计算ASV的艏向误差和位置误差，对艏向误差和位置误差设置事件触发机制，当满足触发条件时，对误差进行更新，并计算误差的导数；设计基于事件触发的虚拟控制律，通过虚拟控制律对艏向误差和位置误差进行镇定，根据动态面控制技术定义误差动态，并对误差动态求导；设计基于事件触发的控制律和自适应律，基于控制律和自适应律驱动ASV进行航行。避免ASV在初始状态达到输入饱和界限，减少传感器到控制器、控制器到执行器的传输负载。
一种基于干预 lvs 制导 asv 多端事件触发路径跟踪控制方法

[发明专利]一种液化气船液舱绝缘层压差的非线性正反馈控制方法-CN202310846064.2在审
发明人： 张显库;尚翀;范佳明 -专利权人：大连海事大学
申请日： 2023-07-11 - 公布日： 2023-09-15 - 主分类号： G05B13/04 文献下载
摘要：本发明公开了一种液化气船液舱绝缘层压差的非线性正反馈控制方法，包括步骤一、构建液化气船液舱绝缘层压差不稳定系统，通过镜像映射方法将液化气船液舱绝缘层压差不稳定系统映射为液化气船液舱绝缘层压差稳定系统，步骤二、基于闭环增益成形算法设计鲁棒控制器，步骤三、设计非线性函数，获取鲁棒控制器的输出，通过非线性函数和鲁棒控制器的输出对鲁棒控制器进行约束，步骤四、分别获取正反馈状态下、负反馈状态下的传递函数，根据正反馈状态下的传递函数与负反馈状态下的传递函数的关系以及约束后的鲁棒控制器设计正反馈控制器，根据正反馈控制器对液化气船液舱绝缘层压差稳定系统进行控制。提升了液化气船绝缘层压差的控制精度和可靠性。
一种液化气船液舱绝缘层压非线性正反馈控制方法

[发明专利]一种基于多边形等距离外扩的环境势场模型构建方法-CN202310089893.0有效
发明人：吕红光;刘炜;傅春达;郭士钰;张国庆;张显库;尹勇 -专利权人：大连海事大学
申请日： 2023-02-09 - 公布日： 2023-09-15 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：本发明提供一种基于多边形等距离外扩的环境势场模型构建方法，包括：获取特定海域的电子海图数据，通过提取数据得到待建模环境的障碍物分布情况；对凹型和凸型障碍物多边形采取等距离外扩的方法构建势场；设置参数，对不同属性的障碍物自动调整其安全范围；将不同障碍物的势场模型进行叠加，得到完整的障碍物势场模型。本发明的技术方案解决了现有的环境建模方法难以对障碍物进行快速、精确的描述，难以处理凹多边形障碍物，难以对不同属性的障碍物进行区分的技术问题。本发明可以根据矢量电子海图中存在的障碍物信息，对不同类型的障碍物自动调整其安全范围，更贴近航海实际，构建的模型能够满足不同情况下船舶避碰的需要，保障船舶航行安全。
一种基于多边形等距离环境模型构建方法

[发明专利]面向海事平行搜寻的无人机-船协同鲁棒自适应控制方法-CN202310067964.7有效
发明人：张国庆;李纪强;蒋畅言;王力;常腾宇;任鸿翔;张卫东;张显库 -专利权人：大连海事大学
申请日： 2023-01-13 - 公布日： 2023-09-05 - 主分类号： G05B13/04 文献下载
摘要：本发明公开了一种面向海事平行搜寻的无人机‑船协同鲁棒自适应控制方法，包括：建立USV的非线性数学模型和UAV的非线性数学模型；获取USV‑UAV协同系统的控制输入矩阵；建立USV‑UAV协同系统的传感器故障模型；获取USV的参考轨迹，以获取UAV的实时参考航路轨迹；获取USV的参考位置信号和UAV的参考姿态信号；获取USV‑UAV协同系统的自适应控制器，以对USV‑UAV协同系统进行控制。本发明充分的考虑USV‑UAV协同系统的复杂性以及外界海洋环境干扰下引起的传感器信号丢失对协同控制系统造成的不稳定影响，解决了海洋环境下传感信号传输容易丢失的问题，提高了USV‑UAV协同系统制导的可靠性。
面向海事平行搜寻无人机协同自适应控制方法

[发明专利]一种考虑未知死区的复合自适应容错控制器设计方法-CN202110182000.8有效
发明人：张国庆;姚明启;李博;刘上;韩军;张显库;李纪强;张卫东 -专利权人：大连海事大学
申请日： 2021-02-09 - 公布日： 2023-08-25 - 主分类号： G05B23/02 文献下载
摘要：本发明公开了一种考虑未知死区的复合自适应容错控制器设计方法，包括：建立船舶模型；根据船舶执行器的死区非线性特性建立死区模型，并结合船舶执行器的故障类型建立故障模型；基于鲁棒神经网络对船舶的速度变量进行估计；根据船舶实际速度与估计速度之间的误差来计算死区模型的死区参数以及执行器故障参数；根据死区参数构造死区逆模型对死区模型进行补偿；根据故障参数对故障模型进行补偿；计算死区模型和故障模型补偿后的控制律；根据控制律来调节船舶执行器的控制输入矢量，以控制船舶执行动力定位。本发明能够实现在具有未知死区的推进器出现未知故障的情况下继续保持动力定位任务的正常进行。
一种考虑未知死区复合自适应容错控制器设计方法

[发明专利]一种恶劣海况下基于模型预测控制的船舶航行控制方法-CN202310402471.4在审
发明人：李国帅;张显库;章文俊 -专利权人：大连海事大学
申请日： 2023-04-14 - 公布日： 2023-08-04 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：本发明提供一种恶劣海况下基于模型预测控制的船舶航行控制方法，包括如下步骤：构建恶劣海况下水面船舶的连续型运动学模型；基于期望轨迹，对连续型运动学模型进行离散化；基于离散型船舶运动模型，对船舶的未来运动状态进行预测，得到船舶的未来运动状态结果；根据船舶的未来运动状态结果设计用于量化船舶未来运动状态与期望状态之间的偏差的代价函数；根据约束条件对船舶的控制输入进行限制，求解最优控制变量，对离散型船舶运动模型进行控制；根据波浪数据及船舶姿态信息，调整设定船舶受浪角；利用时间和事件双重触发机制控制船舶的转向时机，实现船舶沿“Z”字形轨迹航行。可提高船舶在恶劣海况下的安全性、自主性和稳定性。
一种恶劣海况基于模型预测控制船舶航行方法

[发明专利]基于事件触发的船舶动力定位方法-CN202010162835.2有效
发明人：张国庆;姚明启;宋纯羽;褚生甲;李纪强;张显库 -专利权人：大连海事大学
申请日： 2020-03-10 - 公布日： 2023-07-25 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于事件触发的船舶动力定位方法，包括：获取船舶当前姿态和当前速度，并根据当前姿态和当前速度建立船舶模型；根据船舶模型获取船舶的估计姿态和估计速度，计算当前姿态、当前速度与估计姿态、估计速度的差值；根据估计速度采用鲁棒神经阻尼计算鲁棒神经阻尼项，并根据鲁棒神经阻尼项、估计速度和估计姿态建立自适应估计模型，自适应模型不存在自适应律；根据估计姿态和估计速度计算推进器的实际控制率，并根据实际控制率和差值计算自适应律；根据自适应律调节推进器的实际可控输入矢量，并根据实际可控输入矢量控制船舶动力定位任务。本发明能够实现在推进器出现未知故障的情况下继续保持动力定位任务的正常进行。
基于事件触发船舶动力定位方法

[发明专利]一种考虑不同风级条件下4自由度船舶运动在线预报方法-CN202310399578.8在审
发明人：张秀凤;孟耀;张显库;高晓鹏;宋新宇;王一禾 -专利权人：大连海事大学
申请日： 2023-04-14 - 公布日： 2023-07-21 - 主分类号： G06F30/27 文献下载
摘要：本发明公开了一种考虑不同风级条件下4自由度船舶运动在线预报方法，包括获取船舶的运动数据集并进行预处理；构建加权多核相关向量机模型，通过改进的灰狼算法对模型进行优化，根据船舶运动数据集对模型进行训练并获取子预报模型；基于滑动时间窗方法对船舶运动测试数据集进行更新，子预报模型根据船舶运动测试数据集进行预测并获取预测结果，根据子模型预报结果的平均绝对误差进行权重自适应更新并进行融合并表示为4自由度船舶运动集成学习预报模型，根据4自由度船舶运动集成学习预报模型对不同风级条件下的船舶运动状态进行预测。提高了在线预报结果的预报精度，减少了在线预报所需的计算时间，且满足在线预报的时间要求。
一种考虑不同风级条件下自由度船舶运动在线预报方法

[发明专利]基于虚拟势场制导的USV迭代学习路径跟踪控制方法-CN202310059635.8在审
发明人：张国庆;尚骁勇;常腾宇;李纪强;蒋畅言;章文俊;张显库 -专利权人：大连海事大学
申请日： 2023-01-16 - 公布日： 2023-05-30 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于虚拟势场制导的USV迭代学习路径跟踪控制方法，包括：建立USV的非线性数学模型；获取虚拟势场的引力模型和虚拟势场的斥力模型；获取USV的制导模型；获取USV系统的运动学控制器；获取USV系统的动力学控制器，对USV系统进行控制。本发明的一种基于虚拟势场制导的USV迭代学习路径跟踪控制方法，通过建立USV模型的虚拟势场的引力模型和虚拟势场的斥力模型，在制导算法中加入了能够考虑障碍物自身形状的避障机制，解决了现有的自适应控制的避障算法大多把障碍物看作一个质点的问题，使得本发明的避障机制更加的可靠，增强了船舶的自主避碰性能。
基于虚拟制导 usv 学习路径跟踪控制方法

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