大连海事大学张显库获国家专利权
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龙图腾网获悉大连海事大学申请的专利一种网络攻击下的船舶航向自动切换韧性强化控制方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119960457B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-28发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510118631.1,技术领域涉及:G05D1/43;该发明授权一种网络攻击下的船舶航向自动切换韧性强化控制方法是由张显库;苗泽旭;许文煜;马道成设计研发完成,并于2025-01-24向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种网络攻击下的船舶航向自动切换韧性强化控制方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种网络攻击下的船舶航向自动切换韧性强化控制方法,包括基于一阶闭环增益成形算法与航向切换机制,根据非线性Nomoto船舶模型构建船舶鲁棒控制器;根据船舶鲁棒控制器构建网络攻击下的自动切换控制器;对自动切换控制器的控制输入进行非线性修饰,并采用零阶保持器对非线性修饰后的自动切换控制器的控制输入进行优化,获取自动切换控制器的优化控制输入;考虑船舶航向过程中的海洋环境干扰,对自动切换控制器的优化控制输入进行舵角舵速限制,获取最终的船舶控制输入。解决了在面临网络攻击等不确定因素时,由于船舶避碰有时需要大角度难以达到控制精度要求,而在网络攻击与大角度避碰情形下无法保持船舶航行稳定性的问题。
本发明授权一种网络攻击下的船舶航向自动切换韧性强化控制方法在权利要求书中公布了:1.一种网络攻击下的船舶航向自动切换韧性强化控制方法,其特征在于,具体包括以下步骤: S1:构建非线性船舶模型; 获取船舶期望航向与实际航向的航向误差,以构建航向切换机制; 并基于一阶闭环增益成形算法与航向切换机制,根据非线性船舶模型构建船舶鲁棒控制器; S2:构建网络攻击下的自动切换控制器,并根据船舶鲁棒控制器获取自动切换控制器的初始控制输入; S3:基于非线性修饰技术,对自动切换控制器的初始控制输入进行非线性修饰,并采用零阶保持器对非线性修饰后的自动切换控制器的控制输入进行优化,获取自动切换控制器的优化控制输入; S4:考虑船舶航向过程中的海洋环境干扰,对自动切换控制器的优化控制输入进行舵角舵速限制,获取最终的船舶控制输入; 根据最终的船舶控制输入获取网络攻击下的下一时刻的船舶航向,以实现船舶航向自动切换韧性强化控制; 所述S1具体包括以下步骤 S11:构建非线性船舶模型,且非线性船舶模型的表达式为 式中:表示船舶艏向角航向;表示船舶舵角输入;分别表示船舶运动操纵性的旋回性指数与操纵性指数;表示船舶模型的非线性参数;表示船舶艏向角航向的一阶导;表示船舶艏向角航向的二阶导; S12:获取船舶期望航向与实际航向的航向误差,且; 根据航向误差构建航向切换机制; 所述航向切换机制:以船舶实际航向为航向起始点,以船舶期望航向为航向终止点,分别获取按照逆时针方向旋转与顺时针方向旋转的第一航向差值与第二航向差值; 比较第一航向差值的绝对值与第二航向差值的绝对值的大小; 并选择绝对值小的航向差值对应的旋转方向,作为船舶航向切换的转动方向; 且当第一航向差值的绝对值与第二航向差值的绝对值的相等时,则随机选择逆时针方向或顺时针方向中的任意一个作为船舶航向切换的转动方向; S13:基于一阶闭环增益成形算法与航向切换机制,根据非线性船舶模型构建船舶鲁棒控制器,所述船舶鲁棒控制器的表达式为 式中:表示旋回性指数;表示船舶鲁棒控制器的输入; 表示改善船舶系统动态性能的正设计参数;表示拉普拉斯变换的复变量;S2中构建的所述网络攻击下的自动切换控制器,其表达式为 式中:表示网络攻击下的船舶鲁棒控制器的控制输入;表示开环传递函数; 根据船舶鲁棒控制器获取自动切换控制器的初始控制输入,其表达式为 ; 所述S3具体包括以下步骤 S31:基于非线性修饰技术对自动切换控制器的初始控制输入进行非线性修饰,表达式为 式中:表示非线性修饰后的控制输入;表示修饰函数且; S32:获取零阶保持器的传递函数,其表达式为 式中:表示配置的船舶系统的采样周期;表示拉普拉斯变换的复变量; 对零阶保持器的传递函数进行泰勒级数展开,以得到零阶保持器的简化形式,其表达式为 S33:根据简化的零阶保持器对非线性修饰后的自动切换控制器的控制输入进行优化,获取自动切换控制器的优化控制输入,其表达式为 ; S4中考虑船舶航向过程中的海洋环境干扰,对自动切换控制器的优化控制输入进行舵角舵速限制的限制条件为 式中:表示最终的船舶控制输入即船舶舵角输入;表示限制的船舶最大舵角值。
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