船闸水域船舶列队协同停船预测控制器

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2022.04.006

中国机械工程 ›› 2022, Vol. 33 ›› Issue (04): 421-431.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.04.006

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船闸水域船舶列队协同停船预测控制器

雷超凡1，2，3;初秀民1，2;柳晨光1，2;吴文祥1，2，3;李松龙1，2，3

1.武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心，武汉，430063
2.武汉理工大学智能交通系统研究中心，武汉，430063
3.武汉理工大学交通与物流工程学院，武汉，430063

出版日期:2022-02-25 发布日期:2022-03-11
通讯作者: 柳晨光（通信作者），男，1988年生，副研究员。研究方向为船舶智能航行控制。E-mail：liuchenguang@whut.edu.cn。
作者简介:雷超凡，男，1997年生，硕士研究生。研究方向为船舶编队运动控制。
基金资助:
国家自然科学基金(52001240)；
重庆市自然科学基金（cstc2021jcyj-msxmX1220）；
湖北省自然科学基金(2020CFB307)；
绿色智能内河船舶创新专项（MC-202002-C01）；
工业和信息化部高技术船舶科研项目(MC-201920-X01)

Predictive Controller of Cooperative Docking for Ship Platoon in Lock Waterway

LEI Chaofan1，2，3;CHU Xiumin1，2;LIU Chenguang1，2;WU Wenxiang1，2，3;LI Songlong1，2，3

1.National Engineering Research Center for Water Transport Safety，Wuhan University of Technology，Wuhan，430063
2.Intelligent Transportation System Research Center，Wuhan University of Technology，Wuhan，430063
3.School of Transportation and Logistics Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan，430063

Online:2022-02-25 Published:2022-03-11

摘要/Abstract

摘要： 为提高船舶在闸室水域的航行效率和安全性，开展了船闸水域船舶列队协同停船控制方法的研究。建立了闸室水域船舶列队直航运动模型，基于模型预测控制原理分别提出了速度-时间法和速度-位移法两种船舶停船控制方法。针对船舶列队协同停船控制需求，结合停船经济性和平顺性设计了船舶列队停船控制目标函数，以船舶纵向间距保持、输入为约束，提出了基于集中式模型预测控制的船舶列队协同停船控制器。仿真结果表明，所设计的单船停船控制器和船舶列队停船控制器均具有较好的控制效果。相对而言，速度-时间法在平顺性上具有明显优势，速度-位移法则在经济性上表现更好，且有更高的控制精准度和稳定性。

关键词: 船舶闸室, 船舶列队, 纵向模型, 停船控制, 模型预测控制

Abstract: In order to improve the navigation efficiency and safety of the ships in the lock waterway， the control method of the coordinated stopping of the ship platoon in the lock waterway was studied herein. Based on the model predictive control principle， two methods of ship stopping control were proposed， namely， velocity-time method and velocity-displacement method. Aiming at the demands of the coordinated stopping control of ship platoon， the objective function of the coordinated stopping control of ship formation was designed in combination with the economy and smoothness of the stop. The coordinated stopping control of ship platoon was proposed based on the centralized model predictive control with the constraints of the longitudinal spacing and the input of the ship. The simulation results show that both the single-ship parking controller and the fleet parking controller have good control effectiveness. In contrast， the velocity-time method has obvious advantages in ride comfort， the velocity-displacement law performs better in economy， and has higher control accuracy and stability.

Key words: ship lock chamber, ship platoon, longitudinal model, stop ship control, model predictive control

中图分类号:

U641.78

雷超凡, 初秀民, 柳晨光, 吴文祥, 李松龙, . 船闸水域船舶列队协同停船预测控制器[J]. 中国机械工程, 2022, 33(04): 421-431.

LEI Chaofan, CHU Xiumin, LIU Chenguang, WU Wenxiang, LI Songlong, . Predictive Controller of Cooperative Docking for Ship Platoon in Lock Waterway[J]. China Mechanical Engineering, 2022, 33(04): 421-431.

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