[發明專利]一種高抗擾自適應路徑跟隨方法及系統

有效

• 申請號: 201810106099.1
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108415423B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 姜權權;李曄;廖煜雷;苗玉剛;潘愷文;張偉;范佳佳
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種高抗擾自適應路徑跟隨方法及系統。給定期望路徑點，將期望路徑點和水中航行裝備實時位置信息輸入至制導模塊，通過高抗擾自適應路徑跟隨方法解算出期望航向狀態ψ_d；將期望航向狀態ψ_d和通過航向傳感器模塊獲得的并經濾波器模塊濾波的水中航行裝備實際航向狀態信息ψ獲得航向狀態偏差絕對值e(k)，并輸入至CFDL_MFAC控制器模塊，輸出期望指令u(k)至操縱機構模塊；操縱機構模塊收到并執行期望指令u(k)(如期望舵角)使得水中航行裝備不斷趨近期望航向ψ_d。本發明不需要依賴于系統模型，能有效抵御水流干擾，對模型攝動和噪聲等不確定影響不敏感，具有很好的魯棒性和自適應性，能快速驅動無人航行器跟蹤上期望路徑。

技術領域

本發明涉及一種路徑跟隨方法及系統，特別是一種高抗擾自適應路徑跟隨方法及系統。

背景技術

路徑跟隨是指船舶按照某條期望路徑航行，在船舶的工程應用中，許多實際工程問題可以抽象為路徑跟隨問題。例如：船舶進出港口和航道、海底管道鋪設、海圖繪制、海洋水文測量、生化污染物監測等等。因此，研究無人航行器路徑跟隨問題具有重要的理論與工程價值。但是船舶在海洋環境中易受到外界環境不確定影響以及水流的干擾，這會使船舶跟蹤期望路徑準確性降低，甚至導致任務失敗。

目前針對船舶路徑跟隨方法，較為相似的是：公開日為2015年8月19日，公開號為CN104850122A，發明名稱為“基于可變船長比的抵抗側風無人水面艇直線路徑跟蹤方法”的專利申請，該方法是一種抵御側風的無人艇路徑跟隨方法，針對不同船長受風影響的不同，結合模糊控制，調整船長比，進而調整航向角，從而實現直線路徑跟蹤，文獻“基于非對稱模型的欠驅動USV路徑跟蹤控制”，基于可變船長比的抵抗側風無人水面艇直線路徑跟蹤方法中令視線角λ是與船長有關的正參數，使得該制導算法適用于曲線的路徑跟蹤，且視線角ψ^*_los能根據跟蹤誤差自適應調整，從而達到加快跟蹤誤差收斂速度的效果。但是上述方法沒有解決水流干擾問題。

發明內容

針對上述現有技術，本發明所解決的技術問題是提供一種具有魯棒性、自適應性的、抗水流干擾的高抗擾自適應路徑跟隨方法及系統。

為解決上述技術問題，本發明一種高抗擾自適應路徑跟隨方法，包括以下步驟：

步驟一：輸入期望路徑命令，期望路徑由N個期望路徑點組成，期望路徑點P＝(P₁,P₂,P₃…P_n)N≥2，其中第n個期望路徑點P_n＝(x_n,y_n)，1≤n＜N，初始化令n＝1，初始化安全距離的閾值a，a為大于0的常數。

步驟二：得到路徑點P_n＝(x_n,y_n)和P_n+1＝(x_n+1,y_n+1)兩點連線直線路徑并得出直線路徑方向角ψ_pn，ψ_pn表示直線路徑與X軸正方向的夾角，滿足：

ψ_pn＝a tan 2(y_n+1-y_n,x_n+1-x_n),ψ_pn∈[-π,π]

步驟三：根據傳感器實時測得的水中航行裝備的位置(x_t,y_t)、路徑點P_n坐標(x_n,y_n)以及路徑方向角ψ_pn獲得跟蹤誤差Z_e，Z_e滿足：