[发明专利]一种波浪滑翔器路径跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种波浪滑翔器路径跟踪控制方法，首先给出预设目标点p₁...p_k(即目标路径)，GPS提供实时的位置信息p_m，通过积分视向导航(Integral line of sight，ILOS)算法将对路径的跟踪转化为对期望航向的跟踪，得到期望航向角χ_d；然后将期望航向角χ_d与当前航向角ψ作为滑模控制器的输入，控制器的输出舵角δ直接作用于波浪滑翔器的尾舵；最后在反馈回路引入自适应模糊卡尔曼滤波器削弱罗盘与GPS的测量噪声及外界干扰。

技术领域

本发明涉及一种波浪滑翔器路径跟踪控制方法，特别涉及应用于波浪滑翔器运动控制领域。

背景技术

波浪滑翔器是一种新型的海洋移动观测平台，可将波浪能转化为前进动力，通过采集太阳能为电控系统供电，实现“自给自足”的大范围航行。

波浪滑翔器工作的海洋环境复杂多样，建模的不确定性使得其控制方式更加复杂，在复杂多变的海洋环境中确保波浪滑翔器按照预设路径稳定运行是一个极大的挑战。

发明内容

本发明目的在于克服波浪滑翔器由模型不确定性、外界环境干扰等因素导致的路径跟踪误差，实现精确的路径跟踪控制。本发明所涉及的一种波浪滑翔器路径跟踪控制方法也可扩展到与波浪滑翔器结构类似的其他多体机构的航行器上。

本发明的实现步骤如下：

步骤一：给出预设目标点p₁...p_k(即目标路径)，GPS提供实时的位置信息p_m，通过ILOS算法将对路径的跟踪转化为对期望航向的跟踪，得到期望航向角χ_d；

步骤二：将期望航向角χ_d与当前航向角ψ作为滑模控制器的输入，控制器的输出舵角δ直接作用于波浪滑翔器的尾舵；

步骤三：最后在反馈回路引入自适应模糊卡尔曼滤波器削弱罗盘与GPS的测量噪声及外界干扰。

本发明的效果是：本发明设计了ILOS算法解决波浪滑翔器在海流等外界干扰下产生的侧滑现象；在反馈回路引入自适应模糊卡尔曼滤波器削弱罗盘与GPS的测量噪声及外界干扰。

附图说明

图1是路径跟踪控制的总体框图；

图2是ILOS导航示意图；

图3是模糊系统的隶属度函数图；

图4是路径跟踪效果仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细的描述。

如图1所示，首先给出预设目标点p₁...p_k(即目标路径)，GPS提供实时的位置信息p_m，通过ILOS算法将对路径的跟踪转化为对期望航向的跟踪，得到期望航向角χ_d；然后将期望航向角χ_d与当前航向角ψ作为滑模控制器的输入，控制器的输出舵角δ直接作用于波浪滑翔器的尾舵；最后在反馈回路引入自适应模糊卡尔曼滤波器削弱罗盘与GPS的测量噪声及外界干扰。依次循环上述步骤，可实现波浪滑翔器对期望路径的精确跟踪。

如图2所示，在传统的LOS中期望航向可表示为：