大連海事大學李紀強獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉大連海事大學申請的專利一種基于偏移干預制導的船舶編隊自主避障控制方法獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN120143881B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-12發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202510594933.6,技術領域涉及:G05D1/695;該發明授權一種基于偏移干預制導的船舶編隊自主避障控制方法是由李紀強;石程前;章文俊;黃晨峰;張國慶;朱軒志;張顯庫設計研發完成,并于2025-05-09向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種基于偏移干預制導的船舶編隊自主避障控制方法在說明書摘要公布了:本發明公開了一種基于偏移干預制導的船舶編隊自主避障控制方法,包括:獲取三自由度ASV的非線性數學模型;根據虛擬船L1VS獲取用于USV船舶編隊的光滑參考路徑,以根據避障虛擬船VS結合DWA算法,獲取船舶避障虛擬參考路徑;基于構建的偏移干預制導機制設計USV船舶編隊的運動學虛擬控制律;基于構建的動態事件觸發機制結合魯棒神經阻尼技術,根據USV船舶編隊的運動學誤差獲取魯棒性運動學誤差;根據魯棒性運動學誤差設計自適應魯棒命令濾波控制器,以實現船舶編隊自主避障控制。解決了傳統船舶編隊控制方法,在外在面對復雜海洋環境執行未知水域中的避碰任務時,無法及時獲取移動和固定障礙物的信息,且不能有效實現平衡通信負載與避障控制精度的問題。
本發明授權一種基于偏移干預制導的船舶編隊自主避障控制方法在權利要求書中公布了:1.一種基于偏移干預制導的船舶編隊自主避障控制方法,其特征在于,具體包括以下步驟: S1:獲取三自由度USV的非線性數學模型; S2:根據非線性數學模型定義虛擬船L1VS與避障虛擬船VS; 根據虛擬船L1VS獲取用于USV船舶編隊的光滑參考路徑; 基于光滑參考路徑,根據避障虛擬船VS結合DWA算法,獲取用于USV船舶編隊的船舶避障虛擬參考路徑,具體包括: S21:定義避障虛擬船VS的期望位置且與期望速度集合且;其中表示避障虛擬船VS的期望位置橫坐標、期望位置縱坐標以及期望艏搖角;表示避障虛擬船VS的期望前進速度與期望艏搖速度; 且期望速度集合的表達式為 3 式中:表示基于DWA算法實時獲取的速度采樣空間、加速度限制空間以及速度安全空間;表示前進方向的最小與最大速度;表示艏搖方向的最小與最大速度;表示當前時刻前進方向的速度與艏搖方向的速度;表示最大浪涌加速度與偏航加速度;表示當前位置到離障礙物最近的距離; S22:基于光滑參考路徑根據期望位置與期望速度集合,構建用于提高USV船舶編隊安全性與制導信號準確性的評估函數; 且評估函數的表達式為 4 5 式中:表示評價函數的權重;表示航向評估函數且;表示航向角與基于航路點路徑之間的偏差;表示用于優先躲避距離USV最近的障礙物安全距離函數,且;表示距離光滑參考路徑中候選軌跡最近的障礙物的位置坐標;表示障礙物的影響范圍;表示候選軌跡的位置坐標;表示用于保證在當前速度約束下制動距離安全性的速度函數;表示避碰轉向函數且;表示正的調節參數;表示障礙物的方向角;表示候選軌跡處的艏向角;表示中間變量且,;表示時刻光滑參考路徑的位置縱坐標與時刻光滑參考路徑的位置縱坐標;表示時間參數;表示時刻光滑參考路徑的位置橫坐標與時刻光滑參考路徑的位置橫坐標且;表示評估函數; S23:根據評估函數獲取用于船舶制導的最優速度集,并根據最優速度集獲取用于USV船舶編隊的船舶避障虛擬參考路徑,其表達式為 6 式中:表示船舶避障虛擬參考路徑的位置橫坐標與位置縱坐標;表示船舶避障虛擬參考路徑的航向角;表示的一階導;表示的一階導; S3:基于構建的偏移干預制導機制,根據船舶避障虛擬參考路徑設計USV船舶編隊的運動學虛擬控制律; S4:基于動態面技術根據運動學虛擬控制律,獲取USV船舶編隊的運動學誤差; S5:構建減少船舶控制器到執行器之間的控制命令傳輸頻率的動態事件觸發機制,并基于動態事件觸發機制對USV船舶編隊的運動學誤差進行改寫,獲取優化運動學誤差; S6:采用魯棒神經阻尼技術對優化運動學誤差進行魯棒化處理,以獲取魯棒性運動學誤差; S7:根據魯棒性運動學誤差設計自適應魯棒命令濾波控制器,并通過自適應魯棒命令濾波控制器實現船舶編隊自主避障控制。
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