1.一种船舶航行控制在线自适应调节系统,其信号连接船舶主机及船舶舵机,船舶主机连接螺旋桨,通过改变船舶主机输出值调整船舶主机喷油量,实现改变螺旋桨推力大小,其特征在于,所述系统包含:
航线规划模块,用于根据始发港、目标港的位置信息设置包含若干个参考点的理想航线;航线规划模块还为参考点设置对应的船舶航向给定值;
船舶位置信息采集模块,用于实时采集船舶位置信息,并根据所述船舶位置信息确定实际航行运动方向;
风浪流干扰力信息采集模块,用于采集风浪流干扰力的大小及方向;
舵角检测模块,其信号连接船舶舵机,用于检测舵叶实际偏转值;
船艏向检测模块,用于检测船艏的运动方向;
船舶航行自适应控制模块,其信号连接所述船舶位置信息采集模块、航线规划模块、风浪流干扰力信息采集模块、舵角检测模块、船艏向检测模块、船舶主机、船舶舵机,用于在有风浪流干扰力优势方向时,根据所述风浪流干扰力的大小及方向、理想航线、船舶位置信息,设置船舶主机输出值及舵叶偏转值,实现螺旋桨推力与风浪流干扰力的合力的矢量方向与理想航线相交,并实现所述合力的矢量方向与理想航线的夹角小于设定的阈值;所述船舶航行自适应控制模块还根据所述船舶航向给定值和所述实际航行运动方向获取航行偏差值,根据所述航向偏差值自适应控制船舶舵机,维持船舶偏离理想航线在允许的范围内。
2.如权利要求1所述的船舶航行控制在线自适应调节系统,其特征在于,还包含船艏向航行控制模块,其信号连接风浪流干扰力信息采集模块、船舶舵机,船舶主机、航线规划模块、船舶位置信息采集模块、船艏向检测模块,用于以船艏向为航向控制船舶沿理想航线航行。
3.一种船舶航行控制在线自适应调节方法,采用如权利要求1至2任一所述的船舶航行控制在线自适应调节系统实现的,其特征在于,包含步骤:
s1、以始发港为航线起点,目的港为航线终点,设置理想航线;在所述理想航线上设置若干个参考点;
s2、若无风浪流干扰力优势方向,通过船艏向航行控制模块控制船舶沿理想航线航行;否则,进入s3;
s3、实时测量风浪流干扰力的大小及矢量方向;通过船舶航行自适应控制模块设置船舶主机输出值和船艏向与理想航线的夹角,实现螺旋桨推力与风浪流干扰力的合力的矢量方向为当前船舶质心指向最近参考点的方向;
s4、通过船舶航行自适应控制模块调整船艏向与理想航线的夹角和/或船舶主机输出值,实现所述合力的矢量方向与理想航线相交,且所述合力的矢量方向与理想航线的夹角γ小于设定的阈值,船舶以合力的矢量方向为航向;
s5、船舶航行自适应控制模块根据采集的航向偏差值自适应控制船舶舵机,维持船舶偏离航线在允许的范围内;重复步骤s2至s5。
4.如权利要求3所述的船舶航行控制在线自适应调节方法,其特征在于,步骤s2还包含:根实时采集船舶位置信息,检测船舶偏离航线是否在允许的范围内;若超过允许的范围,通过船艏向航行控制模块,操作船舶回到所述理想航线。
5.如权利要求3所述的船舶航行控制在线自适应调节方法,其特征在于,步骤s2中还包含,在船舶进出港、过狭窄航道、避碰、处于复杂海域以及恶劣海况时,通过船艏向航行控制模块控制船舶沿理想航线航行。
6.如权利要求3所述的船舶航行控制在线自适应调节方法,其特征在于,步骤s3、步骤s4中,设置船舶主机的输出值为船舶主机满负荷的75%~85%。
7.如权利要求3所述的船舶航行控制在线自适应调节方法,其特征在于,步骤s5具体包含:
s51、计算航向偏差e(k)=yd(k)-y(k);k为采样序号;yd(k)为航线规划模块根据理想航线上的参考点生成的船舶航向给定值,y(k)为船舶位置信息采集模块采集的船舶实际航行方向的输出值;当航向偏差|e(k)|≥|δ1|,进入s52;否则保持当前航向不变;其中δ1为船舶航向死区/不灵敏区;
s52、计算比例输出up(k)=kp(k)e(k);其中kp(k)为比例系数;
s53、计算积分输出
|δ1|≤b≤1.5|e(k)|,a≥2|e(k)|;
s54、计算微分输出ud(k),其中
其中ξ为低通滤波器系数,td(k)为微分时间,ts(k)为采样时间;
s55、构建误差平方和性能价值函数j,优化kp(k)、ti(k)、td(k):其中,
s56、对up(k)+ui(k)+ud(k)进行限幅后作为操舵角op(k)输入船舶舵机,舵叶根据所述操舵角op(k)偏转;若操舵角op(k)未超过满舵限幅且操舵角|op(k)|≥|δ2|,进入s51;否则,保持当前航向;其中δ2为舵角死区。
8.如权利要求3所述的船舶航行控制在线自适应调节方法,其特征在于,所述允许的范围具体是指航线宽度,实际航线与理想航线间距小于船长的海域。