[发明专利]一种USV的航迹闭环控制方法

说明书

本发明涉及一种USV的航迹闭环控制方法，设定目标航行路径，且判断位置传感器和姿态传感器是否处于安全工作状态，USV根据位置传感器和姿态传感器发送的实时位置信息和姿态信息计算偏离预定航线的距离，如果该距离小于设定距离，则延时等待，根据目标航行路径、当前偏离预定航线的距离、位置和姿态信息，计算目标航向角ψ_r(k)；根据目标航向角ψ_r(k)、当前航向角ψ(k)和航向角速度Δψ(k)，计算目标喷嘴角ω_r(k)；根据目标喷嘴角ω_r(k)、当前喷嘴角ω(k)和喷嘴角速度Δω(k)，计算输出动作量，进而控制USV动作。本发明采用PID经典控制理论与在线参数辨识并更新技术相结合的方法，适合USV在复杂海洋环境下的非线性时变模型系统，实现航迹闭环控制。

技术领域

本发明涉及USV控制技术领域，具体地说是一种USV的航迹闭环控制方法。

背景技术

当今世界的海洋和军事应用中，无人水面艇的发展越来越受到重视。所谓无人水面艇，系指那些有携载平台拖放，靠遥控或自主方式在水面航行的小型无人化、智能化平台。

无人水面艇较之传统水面舰艇具有一些突出的优势：

1.功能齐全，多种使命兼容。

2.小型轻量，反应快速，机动灵活。

3.替代人员完成一些危险的任务。

4.活动区域广，使用成本低，无人水面艇吃水浅，对航道，港口等处水深要求低，扩张其活动范围；

5.受气候影响较小，可全天候执勤。面对难以预知、复杂的海洋环境，无人水面艇能够精确、快速的执行预定使命路径成为无人水面艇发挥效能的最基本保证，是无人水面艇研制工作的基础。

但是目前无人水面艇自身存在吃水浅、重量轻的因素制约，导致控制过程存在航向不稳，航迹不精确等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种USV的航迹闭环控制方法，将PID经典控制理论与在线参数辨识并更新技术相结合，适合USV在复杂海洋环境下的非线性时变模型系统，实现航迹闭环控制。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种USV的航迹闭环控制方法，包括以下步骤：

步骤1：设定目标航行路径，且判断位置传感器和姿态传感器是否处于安全工作状态，如果是，则执行步骤2，否则报警；

步骤2：USV根据位置传感器和姿态传感器发送的实时位置信息和姿态信息计算偏离预定航线的距离，如果该距离小于设定距离，则延时等待后重新执行步骤2，否则执行步骤3；

步骤3：根据目标航行路径、当前偏离预定航线的距离、位置和姿态信息，计算目标航向角ψ_r(k)；

步骤4：根据目标航向角ψ_r(k)、当前航向角ψ(k)和航向角速度Δψ(k)，计算目标喷嘴角ω_r(k)；

步骤5：根据目标喷嘴角ω_r(k)、当前喷嘴角ω(k)和喷嘴角速度Δω(k)，计算输出动作量，进而控制USV动作，返回步骤2。

所述偏离预定航线的距离的计算过程为：

ε²(k)＝(x(k)-x')²+(y(k)-y')²