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基于航向控制系统的船舶动态避碰机理

贺益雄,张晓寒,胡惟璇,李梦霞,龚帅,金毅,牟军敏

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贺益雄, 张晓寒, 胡惟璇, 李梦霞, 龚帅, 金毅, 牟军敏. 基于航向控制系统的船舶动态避碰机理[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2020, 55(5): 988-993, 1027. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180493
引用本文: 贺益雄, 张晓寒, 胡惟璇, 李梦霞, 龚帅, 金毅, 牟军敏. 基于航向控制系统的船舶动态避碰机理[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2020, 55(5): 988-993, 1027.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20180493
HE Yixiong, ZHANG Xiaohan, HU Weixuan, LI Mengxia, GONG Shuai, JIN Yi, MOU Junmin. Ship Dynamic Collision Avoidance Mechanism Based on Course Control System[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(5): 988-993, 1027. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180493
Citation: HE Yixiong, ZHANG Xiaohan, HU Weixuan, LI Mengxia, GONG Shuai, JIN Yi, MOU Junmin. Ship Dynamic Collision Avoidance Mechanism Based on Course Control System[J].Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(5): 988-993, 1027.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20180493

基于航向控制系统的船舶动态避碰机理

doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20180493
基金项目:国家自然科学基金项目(51579201)
详细信息
    作者简介:

    贺益雄(1976—),男,副教授,研究方向为自动避碰、航迹控制,E-mail:heyixiong7@whut.edu.cn

    通讯作者:

    牟军敏(1974—),男,教授,研究方向为水上交通安全、船舶操纵,E-mail:moujm@whut.edu.cn

  • 中图分类号:V675.96

Ship Dynamic Collision Avoidance Mechanism Based on Course Control System

    • 摘要:为探索航速矢量变化与船舶避碰之间的动态变化规律(避碰机理),研究了结合船舶领域和速度障碍等方法的静态避碰机理,确定了不考虑船舶改向运动过程与周围环境变化前提下,本船可避让所有物标的航速矢量区间;建立了基于模糊自适应比例积分微分(PID)控制和船舶运动方程的航向控制系统,再现船舶改向过程中的航速矢量非线性变化;基于静态避碰机理和航向控制系统研究了船舶动态避碰机理,求解了符合船舶操纵运动过程的动态避碰改向区间. 研究结果表明,在开阔水域随机设置的多物标环境中,可得到符合航速矢量非线性变化的动态避碰改向区间集合 [−90°,−72°]、[31°,47°]、[62°,79°],受动态船舶主要影响形成改向范围为(−72°,31°)、(79°,90°] 的碰撞航向区间,符合船舶操纵运动对改向避碰的影响规律,可为实现船舶避碰辅助决策、自动避碰和动态避碰路径规划提供基础理论和方法.

    • 图 1速度障碍示意

      Figure 1.Schematic diagram of velocity obstacle

      图 2船舶领域模型

      Figure 2.Ship domain model

      图 3不考虑转向过程的速度障碍区

      Figure 3.Velocity obstacle area without consideration of the steering process

      图 4模糊自适应PID控制原理

      Figure 4.Principle of fuzzy adaptive PID control

      图 5航向控制仿真曲线

      Figure 5.Simulation curves of course control

      图 6船舶领域速度障碍真运动示意

      Figure 6.Sketch map of true motion based on ship domain and speed obstacle

      图 7多物标可改向区间仿真

      Figure 7.Simulation of the feasible course interval to multi-object

      表 1船舶资料

      Table 1.Ship information

      对象 数值 对象 数值
      排水量/t 90 000 螺旋桨转速/(r•min−1 90
      船长/m 225 舵面积/ m2 56.88
      船宽/m 32.5 螺旋桨进距/m 4.738
      吃水/m 14.5 水密度/(kg•m−3 1 000
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      表 2物标初始状态

      Table 2.Initial state of objects

      物标 坐标 航向/(°) 航速/kn
      他船 1 (3,9) 200 10
      他船 2 (5,8) 170 12
      他船 3 (−4,1) 60 13
      他船 4 (−3,7) 120 11
      静态物标 1 (−4,4)
      静态物标 2 (4,2)
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    出版历程
    • 收稿日期:2018-06-13
    • 修回日期:2018-11-14
    • 网络出版日期:2020-03-16
    • 刊出日期:2020-10-01

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