【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶运动自动化控制，尤其涉及一种采用不同类型推进器作为航行操纵装置的船舶的航向自动控制方法、系统及终端。
技术介绍
1、随着船舶自动化技术发展和行业应用的需求，传统的单桨-单舵及双桨-双舵类型船舶已经无法满足船舶的特殊营运需求，如狭窄水域的机动性、极浅水域的操纵性，以及极端航速(兼顾高速航行与动力定位)工况需求，因此，许多船舶配置了3-4套推进操纵装置，且因应用工况场景的差异导致其类型也有所不同，出现全回转舵桨(简称舵桨)与长轴定距桨-舵叶(简称桨-舵)配置组合、喷水推进器与长轴定距桨-舵叶配置组合、摆线式推进器与喷水推进器配置组合等异构推进组合。由于异构推进器推进与操纵性能的差异，对常规的航向自动控制策略与设备带来了挑战，目前此类技术研究较少、且不成熟，本专利技术针对异构推进船舶航向自动控制策略中所需要考虑舵力分配、操舵组合模式切换、抗干扰处理等问题形成了相关技术方案，形成了一种针对异构推进船舶航向的混合控制方法。
2、现有船舶航行自动控制技术仅适用于单桨-单舵或双桨-双舵(或双舵桨)类型船舶，此类船舶螺旋桨推进性能与舵叶的操纵性能相同，在航向、航迹以及航迹向进行自动化控制过程，仅需要根据航行需求对功能模式进行手动切换，没有考虑螺旋桨、舵叶性能差异引起的舵效不一致问题，也无法适应多样的操舵组合模式的切换(如桨-舵模式、舵桨模式以及两种推进器联合操纵模式)以及由此产生的过程扰动；在连续航行过程，现有方案通过手动方式实现自动航向控制、航迹控制、航迹向控制等功能模式切换，这一从自动到手动，再恢复到自动控制的
3、因此，现有技术存在以下不足：
4、(1)现有方案不具备异构推进器舵力分配与相应的干扰补偿功能，无法用于异构推进船舶的航行自动化控制；
5、(2)现有方案在操舵模式转换以及联合模式下的故障发生过程存在控制稳定性问题；
6、(3)现有方案通过手动方式进行航向、航迹及航迹向等控制功能模式切换，无法对切换过程的扰动进行自动控制处理，操纵效率低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是：提供一种异构推进船舶航向混合控制方法、系统及终端，以解决
技术介绍
中提及的不足。
2、为了达到上述目的，本专利技术的技术方案提供了一种异构推进船舶航向混合控制方法，其包括以下步骤：
3、根据异构推进船舶推进器类型及船舶主尺度特征构建一阶nomoto操纵模型；
4、根据不同的操舵组合模式分别构建操纵模型，并根据操纵装置水动力特性获得相应的模型参数；
5、根据模型参数获得舵力算法，并计算后续模式切换处理逻辑过程相关参数；
6、基于操纵模型形成混合控制模型，综合逻辑处理过程形成混合控制算法；
7、形成航向混合控制系统，该系统包括处理器、存储芯片、操舵组合模式转换开关以及其他信号采集模块；
8、处理器通过信号采集模块采集操舵模式切换信息及其他传感器信号，集成混合控制算法及逻辑处理程序，实现异构推进船舶航向控制功能。
9、优选的，操纵模型包括对于aam模式的下式：
10、
11、式(3)中t1、k1、δ1是本船全回转舵桨作用下辨识后的船舶模型参数值。
12、优选的，操纵模型包括对于rrm模式的下式：
13、
14、式(4)中t2、k2、δ2是本船桨-舵作用下辨识后的船舶模型参数值。
15、优选的，操纵模型包括对于arm模式的下式：
16、
17、式(5)中，δ为船舶模型干扰的不确定量，δ＝[δ1，δ2]t；其它参数含义同aam模式和rrm模式。
18、优选的，舵力算法包括arm模式时全回转舵桨的舵力分配结果：
19、
20、优选的，舵力算法包括arm模式时桨-舵装置的舵力分配结果：
21、
22、优选的，rrm模式切换至aam模式采用以下流程逻辑进行模式切换：
23、1)不论实施何种模式切换，在模式切换的同时，首先进行控制模型的切换，，进行舵力计算的模型必须从方程(4)切换至方程(5)，进而得到当前的δ；
24、2)rrm切换至arm模式时，根据船舶主尺度特征及控制模型的时间特征参数t1和t2，设置一个过渡时间t0；
25、3)在过渡时间内对上一时刻rrm模式下控制模型方程(4)输出的δ2进行递减处理，并最终至0，同时全回转舵桨的舵角进行递增处理，从零递增至δ1，递增或递减的系数与模型系数k2、k1相关。
26、优选的，对于单点故障模式按照以下处理：
27、1)当单台全回转推进器螺旋桨推力实失效，将操舵组合模式自动转换为rrm模式，同时将故障推进器舵桨快速回至零位，在模式自动切换的过渡过程中，另一套处于正常状态的全回转推进器的舵角将递减至δa0，以对失效设备引起不平衡状态进行补偿；
28、2)当单套长轴桨推力失效时，将操舵组合模式自动切换为aam模式，同时将故障螺旋桨后的舵叶快速回至零位，在模式自动切换的过渡过程中，另一套处于正常状态的桨-舵装置的舵角将递减至δr0，以对失效设备引起不平衡状态进行补偿；
29、3)当单套推进装置操舵功能失效时，根据失效设备类型将操舵组合模式自动切换为aam或rrm模式，在模式自动切换的过渡过程中，另一套处于正常状态的桨-舵装置的舵角调整为故障装置舵角对称状态，以补偿故障装置所产生的不平衡力矩。
30、本专利技术的技术方案还提供了一种异构推进船舶航向混合控制系统，其可采用以上所述的异构推进船舶航向混合控制方法。
31、本专利技术的技术方案还提供了一种异构推进船舶航向混合控制终端，其装设有以上所述的异构推进船舶航向混合控制系统。
32、综上所述，本专利技术包括以下有益技术效果：
33、解决了异构推进船舶进行航向自动化控制时操舵力矩在异构类型推进器上的舵力分配问题，并针对不同操舵组合模式转换过程进行逻辑设计，包括可能出现单点故障模式，保证了模式切换过程航向、航迹、航迹向等涉及舵力分配需求的控制过程的稳定。
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1.一种异构推进船舶航向混合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种异构推进船舶航向混合控制方法，其特征在于，操纵模型包括对于AAM模式的下式：
3.根据权利要求2所述的一种异构推进船舶航向混合控制方法，其特征在于，操纵模型包括对于RRM模式的下式：
4.根据权利要求3所述的一种异构推进船舶航向混合控制方法，其特征在于，操纵模型包括对于ARM模式的下式：
5.根据权利要求4所述的一种异构推进船舶航向混合控制方法，其特征在于，舵力算法包括ARM模式时全回转舵桨的舵力分配结果：
6.根据权利要求5所述的一种异构推进船舶航向混合控制方法，其特征在于，舵力算法包括ARM模式时桨-舵装置的舵力分配结果：
7.根据权利要求6所述的一种异构推进船舶航向混合控制方法，其特征在于，RRM模式切换至AAM模式采用以下流程逻辑进行模式切换：
8.根据权利要求7所述的一种异构推进船舶航向混合控制方法，其特征在于，对于单点故障模式按照以下处理：
9.一种异构推进船舶航向混合控制系统，其
10.一种异构推进船舶航向混合控制终端，其特征在于，装设有权利要求9所述的一种异构推进船舶航向混合控制系统。
...【技术特征摘要】
1.一种异构推进船舶航向混合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种异构推进船舶航向混合控制方法，其特征在于，操纵模型包括对于aam模式的下式：
3.根据权利要求2所述的一种异构推进船舶航向混合控制方法，其特征在于，操纵模型包括对于rrm模式的下式：
4.根据权利要求3所述的一种异构推进船舶航向混合控制方法，其特征在于，操纵模型包括对于arm模式的下式：
5.根据权利要求4所述的一种异构推进船舶航向混合控制方法，其特征在于，舵力算法包括arm模式时全回转舵桨的舵力分配结果：
6.根据权利要求5所述的一种异...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵威，马翔，孔令军，袁帅，赵骥，周晓葵，吴嘉蒙，杨素军，黄磊，仰泳，范佘明，黄蔚，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七○八研究所，
类型：发明
国别省市：
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