• ISSN 0258-2724
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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

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]. 西南交通大学学报, 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]. 西南交通大学学报, 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/t90 000螺旋桨转速/(r•min−190
    船长/m225舵面积/ m256.88
    船宽/m32.5螺旋桨进距/m4.738
    吃水/m14.5水密度/(kg•m−31 000
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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)20010
    他船 2(5,8)17012
    他船 3(−4,1) 6013
    他船 4(−3,7)12011
    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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