[發明專利]一種USV的航跡閉環控制方法

有效

• 申請號: 201611076983.2
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN108121338B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 馮亮;劉陽;劉肖宇;湯哲;王子慶
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 21002 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 李巨智<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種USV的航跡閉環控制方法，設定目標航行路徑，且判斷位置傳感器和姿態傳感器是否處于安全工作狀態，USV根據位置傳感器和姿態傳感器發送的實時位置信息和姿態信息計算偏離預定航線的距離，如果該距離小于設定距離，則延時等待，根據目標航行路徑、當前偏離預定航線的距離、位置和姿態信息，計算目標航向角ψ_r(k)；根據目標航向角ψ_r(k)、當前航向角ψ(k)和航向角速度Δψ(k)，計算目標噴嘴角ω_r(k)；根據目標噴嘴角ω_r(k)、當前噴嘴角ω(k)和噴嘴角速度Δω(k)，計算輸出動作量，進而控制USV動作。本發明采用PID經典控制理論與在線參數辨識并更新技術相結合的方法，適合USV在復雜海洋環境下的非線性時變模型系統，實現航跡閉環控制。

技術領域

本發明涉及USV控制技術領域，具體地說是一種USV的航跡閉環控制方法。

背景技術

當今世界的海洋和軍事應用中，無人水面艇的發展越來越受到重視。所謂無人水面艇，系指那些有攜載平臺拖放，靠遙控或自主方式在水面航行的小型無人化、智能化平臺。

無人水面艇較之傳統水面艦艇具有一些突出的優勢：

1.功能齊全，多種使命兼容。

2.小型輕量，反應快速，機動靈活。

3.替代人員完成一些危險的任務。

4.活動區域廣，使用成本低，無人水面艇吃水淺，對航道，港口等處水深要求低，擴張其活動范圍；

5.受氣候影響較小，可全天候執勤。面對難以預知、復雜的海洋環境，無人水面艇能夠精確、快速的執行預定使命路徑成為無人水面艇發揮效能的最基本保證，是無人水面艇研制工作的基礎。

但是目前無人水面艇自身存在吃水淺、重量輕的因素制約，導致控制過程存在航向不穩，航跡不精確等問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種USV的航跡閉環控制方法，將PID經典控制理論與在線參數辨識并更新技術相結合，適合USV在復雜海洋環境下的非線性時變模型系統，實現航跡閉環控制。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：

一種USV的航跡閉環控制方法，包括以下步驟：

步驟1：設定目標航行路徑，且判斷位置傳感器和姿態傳感器是否處于安全工作狀態，如果是，則執行步驟2，否則報警；

步驟2：USV根據位置傳感器和姿態傳感器發送的實時位置信息和姿態信息計算偏離預定航線的距離，如果該距離小于設定距離，則延時等待后重新執行步驟2，否則執行步驟3；

步驟3：根據目標航行路徑、當前偏離預定航線的距離、位置和姿態信息，計算目標航向角ψ_r(k)；

步驟4：根據目標航向角ψ_r(k)、當前航向角ψ(k)和航向角速度Δψ(k)，計算目標噴嘴角ω_r(k)；

步驟5：根據目標噴嘴角ω_r(k)、當前噴嘴角ω(k)和噴嘴角速度Δω(k)，計算輸出動作量，進而控制USV動作，返回步驟2。

所述偏離預定航線的距離的計算過程為：

ε²(k)＝(x(k)-x')²+(y(k)-y')²