[發明專利]無人艇路徑跟蹤控制方法、系統、存儲介質及終端

有效

• 申請號: 202010645104.3
• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN111798702B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 曾江峰;謝楊柳;王千一;劉星辰;胥鳳馳;董釘;馬向峰;郭曉曄;王偉;李哲;梁旭;韓瑋;駱福宇
• 申請（專利權）人: 中國船舶工業系統工程研究院
• 主分類號: G08G3/00
• 分類號: G08G3/00;G05D1/02;G06N3/02
• 代理公司: 中國船舶專利中心 11026
• 代理人: 欒碩

本發明公開了一種無人艇路徑跟蹤控制方法、系統、存儲介質及終端，其中，所述無人艇路徑跟蹤控制方法包括以下步驟：創建無人艇在海流干擾狀態下的相對速度運動數學模型；基于所述數學模型和虛擬點跟蹤原理生成所述無人艇的位置跟蹤誤差；基于所述數學模型和視線法原理創建自適應視線法制導律；根據所述位置跟蹤誤差和所述制導律引導所述無人艇對期望路徑進行跟蹤。本發明提供的無人艇路徑跟蹤控制方法、系統、存儲介質及終端的路徑跟蹤精度高、且能跟蹤曲線路徑。

技術領域

本發明涉及無人艇航行控制技術領域，尤其涉及一種無人艇路徑跟蹤控制方法、系統、存儲介質及終端。

背景技術

無人艇(unmanned surface vessel，簡稱USV)被廣泛地應用于海洋生產活動中，尤其是在海洋資源調查、水質監測與采樣、環衛等方面具有突出的優勢。海洋中航行的無人艇常常會受到來自海流等環境力的擾動，這對無人艇的路徑跟蹤控制精度會產生極大影響，但是現有的無人艇的路徑跟蹤控制方案均沒有考慮海流環境力對無人艇路徑跟蹤控制的影響，且難以直接對無人艇任意曲線路徑進行跟蹤控制。因此急需提出一種能有效補償海流干擾力的無人艇路徑跟蹤控制方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種無人艇路徑跟蹤控制方法、系統、存儲介質及終端，用以解決現有無人艇路徑跟蹤控制方法精度低、跟蹤路徑受限的難題。

本發明的上述目的可采用下列技術方案來實現：

本發明提供一種無人艇路徑跟蹤控制方法，包括以下步驟：創建無人艇在海流干擾狀態下的相對速度運動數學模型；基于所述數學模型和虛擬點跟蹤原理生成所述無人艇的位置跟蹤誤差；基于所述數學模型和視線法原理創建自適應視線法制導律；根據所述位置跟蹤誤差和所述制導律引導所述無人艇對期望路徑進行跟蹤；其中，所述數學模型如下：

其中，m₁₁、m₂₂、m₃₃、d_ur、d_vr、d_r均為艇體的水動力參數，x，y均為無人艇的坐標值，ψ為艏向角，u_r為無人艇的縱向相對速度、v_r為無人艇的橫向相對速度，r為無人艇的艏向角速度，τ_u,τ_r分別為縱向控制力和艏向控制力矩，u_r＝u-u_c、v_r＝v-v_c，海流速度分量u_c和海流速度分量v_c分別為海流速度u和海流速度v在艇體坐標系下的分量；海流速度分量V_cx和海流速度分量V_cy分別為海流速度u和海流速度v在大地坐標系下的分量。

本發明的目的還可以采用以下的技術措施來進一步實現。

優選的，其中，所述創建無人艇在海流干擾狀態下的相對速度運動數學模型的步驟包括以下步驟：獲取所述無人艇的第一目標信息；獲取所述海流的速度信息；基于所述第一目標信息和所述速度信息創建所述數學模型。

優選的，其中，所述基于所述數學模型和虛擬點跟蹤原理生成所述無人艇的位置跟蹤誤差的步驟包括以下步驟：在所述期望路徑上創建虛擬航路點；獲取所述虛擬航路點的目標位置信息和所述期望路徑的第二目標信息；基于所述目標位置信息和所述第二目標信息創建位置跟蹤誤差方程；根據所述第一目標信息、所述第二目標信息和所述位置跟蹤誤差方程生成所述位置跟蹤誤差。

優選的，其中，所述基于所述數學模型和視線法原理創建自適應視線法制導律的步驟包括以下步驟：基于所述海流的速度信息生成補償值；基于所述第二目標信息生成可變前視距離；基于所述補償值、所述可變前視距離和所述位置跟蹤誤差生成自適應視線法引導角；基于所述引導角、所述第一目標信息和所述第二目標信息生成期望艏向角。