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申请/专利权人：哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地;哈尔滨工程大学

摘要：本发明适用于船舶制造技术领域，提供了大型邮轮预制舱室甲板推舱路径规划方法，包括：将预制舱室甲板推舱路径规划问题转化为连续时间最优控制问题，求得最佳的推舱路径；使用拉格朗日插值和伪谱法来解决最优控制问题，进而求解舱室甲板推舱路径规划问题。本申请将预制舱室甲板推舱路径规划问题转化为最优控制问题，实现了对起始和终止点预制舱室位姿约束、预制舱室与甲板障碍物之间避免碰撞约束、预制舱室推舱过程运动学约束的统一数学描述，结合拉道伪谱法、概率路图法和序列二次规划法对最优控制问题描述的预制舱室甲板推舱路径规划问题进行求解，可以实现满足运动学约束、避障约束和始末位姿约束的高质量预制舱室甲板推舱路径生成。

主权项：1.大型邮轮预制舱室甲板推舱路径规划方法，其特征在于，所述方法包括：将预制舱室甲板推舱路径规划问题转化为连续时间最优控制问题，求得最佳的推舱路径；使用拉格朗日插值和伪谱法来解决最优控制问题，进而求解舱室甲板推舱路径规划问题；其中，所述将预制舱室甲板推舱路径规划问题转化为连续时间最优控制问题，具体包括：将预制舱室推舱路径规划问题的优化目标，转化为连续时间最优控制问题的优化目标；将预制舱室推舱过程中的运动参数，转化为最优控制问题中的状态变量；将推舱过程中对预制舱室运动状态的约束，转化为最优控制问题中对状态变量和控制变量的约束条件；构建预制舱室与甲板障碍物之间规避碰撞的约束条件，并将约束条件转化为最优控制问题中对状态变量的约束条件；所述使用拉格朗日插值和伪谱法来解决最优控制问题，进而求解舱室甲板推舱路径规划问题，具体包括：对推舱路径规划问题的时间区间进行归一化，其中，所述推舱路径规划问题为：连续时间最优控制问题的推舱路径规划问题对推舱路径规划问题中的状态变量、控制变量、约束条件进行离散化；对离散化后的最优控制问题进行序列二次规划求解，得到最优预制舱室甲板推舱路径；其中，所述将预制舱室推舱路径规划问题的优化目标，转化为连续时间最优控制问题的优化目标，具体包括：考虑以推舱时间作为优化目标，优化目标函数为： 式中，t0为开始时间，t0＝0，tf为将舱室推至目标时间，J为优化目标，min表示最小化；所述将预制舱室推舱过程中的运动参数，转化为最优控制问题中的状态变量，具体包括：将预制舱室运动位置、速度和角度信息转化为最优控制系统状态变量： 式中，xi，yi为第i个预制舱室在二维甲板空间的位置，为xi，yi的一阶导数，即x，y方向上的速度分量，θi为预制舱室推舱过程的方向角，vi为预制舱室推舱过程的速度，[ui1,ui2]为预制舱室推舱过程的控制量，ui1是速度控制量，ui2是角度控制量；所述对推舱路径规划问题的时间区间进行归一化，具体包括：将时间区间[t0,tf]变换为可通过伪谱法求解的[-1,1]区间，变换公式为： 其中，τ是归一化时间，t∈[t0,tf]；所述对推舱路径规划问题中的状态变量、控制变量、约束条件进行离散化，具体包括：选取LGRLegendreGaussRadau离散点τ0,τ1,τ2,…,τN，其中τ0＝-1，τN＝1，τ1,τ2,…,τN-1选择为N阶Legendre多项式导数的根，即多项式PNτ+PN-1τ＝0的解，其中PNτ表示N阶的Legendre多项式： 则状态变量xτ和控制变量uτ用拉格朗日多项式离散化表示为： Liτ表示拉格朗日插值基函数，表示为： 其中，对约束条件进行离散化，通过对拉格朗日插值多项式得到的离散化状态变量并求导，得到离散化状态变量的导数： 式中，Dij为微分矩阵，表达式为： 式中，gτi＝1+τi[PNτi-PN-1τi]，为一阶导数，为二阶导数，微分方程约束可变换为： 对于预制舱室推舱路径规划问题，确定预制舱室在目标位置的终端状态xτf，终端状态表示为： 式中，ωi是高斯积分权重，边界约束和过程约束离散为：ΦXτ0,t0,XτN,tf＝0；hXτi,Uτi,τi,t0,tf≤0；其中，ΦXτ0,t0,XτN,tf为预制舱室推舱路径规划问题的在时间区间内的边界约束，hXτi,Uτi,τi,t0,tf为预制舱室推舱路径规划问题的过程约束。

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