[發明專利]波浪滑翔器虛擬錨泊導航控制算法

在審

• 申請號: 202010034275.2
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111142541A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 桑宏強;孫秀軍;周瑩;于佩元;吳向陽
• 申請（專利權）人: 天津工業大學;中國海洋大學
• 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

虛擬錨泊導航控制是指波浪滑翔器在錨泊點一定范圍內進行虛擬錨泊的控制，以便于能夠長期獲取海洋資料和進行海洋環境的檢測，設置虛擬錨泊中心點，引入虛擬錨泊誤差圓，給出誤差圓半徑R，將虛擬錨泊誤差圓進行曲線離散化，即將圓形曲線軌跡跟蹤轉化為跟蹤多個目標點的直線路徑跟蹤，羅盤采集當前航向角ψ，GPS模塊對波浪滑翔器進行實時定位，LOS算法計算期望航向角ψ_los，實際航向角與期望航向角間的航向差輸入到PID控制器，解算出當前期望舵角δ并執行打舵，在波浪滑翔器進入目標點的誤差范圍后，則切換到下一目標點，進行連續的目標航向點跟蹤，本發明設計了虛擬錨泊導航控制算法消除錨泊時因外界環境而造成精度誤差，通過對目標航向點的連續跟蹤，在偏離錨泊狀態時能夠重新進入錨泊狀態。

技術領域

本發明涉及一種波浪滑翔器虛擬錨泊導航控制算法，特別涉及應用于波浪滑翔器錨泊導航控制領域。

背景技術

虛擬錨泊導航控制是指波浪滑翔器在錨泊點一定范圍內進行虛擬錨泊的控制，以便于能夠長期獲取海洋資料和進行海洋環境的檢測，不管是石油開采還是遠洋探索，都需要進行錨泊定位來獲得一個相對穩定的平臺系統，維持其持久的工作能力，以往海洋觀測平臺采用不斷穿越目標錨泊點來進行錨泊，其錨泊精度不高，難以實現精確的海洋監測和資料獲取。

通過波浪進行驅動的波浪滑翔器應用越來越廣泛，波浪滑翔器在海面上運動時的強烈外界干擾、系統的非線性和模型的不確定性使其錨泊導航控制變得尤為困難。

發明內容

本發明目的在于克服波浪滑翔器在海面上運動時的強烈外界干擾、系統的非線性和模型的不確定性等因素導致錨泊精度不高，實現精確的錨泊導航控制。本發明所涉及的一種波浪滑翔器虛擬錨泊導航控制算法也可擴展到與波浪滑翔器結構類似的其他多體機構的航行器上。

本發明的實現步驟如下：

步驟一：設置虛擬錨泊中心點，引入虛擬錨泊誤差圓，將虛擬錨泊問題轉變成路徑跟蹤問題，給出誤差圓半徑R，并建立直角坐標系。

步驟二：將虛擬錨泊誤差圓進行曲線離散化，即將圓形曲線軌跡跟蹤轉化為跟蹤多個目標點的直線路徑跟蹤，羅盤采集當前航向角ψ，GPS模塊對波浪滑翔器進行實時定位，LOS算法計算期望航向角ψ_los，實際航向角與期望航向角間的航向差輸入到PID控制器，解算出當前期望舵角δ并執行打舵。

步驟三：延時，再次采集波浪滑翔器當前位置和當前航向角，通過波浪滑翔器當前位置與目標點的距離偏差d判斷是否到達預設目標點范圍，如果未到達，則繼續重復之前的步驟二，如果到達，則切換到下一目標點，重復步驟二。通過上述步驟，使波浪滑翔器圍繞虛擬錨泊點進行近似圓形軌跡跟蹤運動，實現精確的虛擬錨泊導航控制。

在波浪滑翔器實際錨泊導航控制過程中，在到達目標點后，不進行連續的目標控制，波浪滑翔器會因強烈的外界干擾而造成錨泊位置發生偏移，直接導致錨泊精度存在較大誤差，即使波浪滑翔器能夠準確的到達目標點，在停泊一段時間后，實際位置與期望位置也將會存在誤差，本發明的效果是：本發明設計了虛擬錨泊導航控制算法消除錨泊時因外界環境而造成精度誤差，通過對虛擬錨泊圓上離散點的路徑跟蹤，在偏離錨泊狀態時能夠重新進入錨泊狀態。

附圖說明

圖1是LOS算法跟蹤控制方法示意圖；

圖2是波浪滑翔器動態虛擬錨泊控制方法流程如圖；

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細的描述。