[发明专利]无人船任意路径的追踪控制方法

权利要求书

1.一种无人船任意路径的追踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

遥控无人船行驶任意一段路径，并自动存储该段路径的坐标点作为期望路径；

对期望路径进行滤波处理，得到最终路径信息；

对最终路径信息计算得到控制信息；

根据控制信息和无人船当前位置坐标，计算得到无人船实际运动信息；

将无人船实际运动信息发送至无人船，控制无人船按照期望路径运动；

所述对最终路径信息计算得到控制信息的步骤，包括：

计算无人船路径切线方向角，任选路径点队列中的相邻两点N_i和N_i+1，点Ni处的切线方向角等于点N_i和N_i+1所在直线的方向角α_i，形成切线方向角序列α＝{α₁,α₂,α₃......α_n}；

计算无人船目标方向角，在点队列中向后搜索m个点，点N_i处的目标方向角为这(m+1)个点的切线方向角的加权平均，形成目标方向角序列β＝{β₁,β₂,β₃......β_n}；

所述计算无人船的目标法向角的步骤，包括：

定义当前时刻无人船的目标位置点为N_i，此时无人船的切线方向角为α_i；

根据无人船所在区域，若无人船在内侧区域，则无人船的目标法向角为α_i+90°；

若无人船在外侧区域，则无人船的目标法向角为α_i-90°；所述计算无人船的控制方向角的步骤，包括：

根据无人船的目标方向角和目标法向角，将目标方向角和目标法向角加权平均得到无人船的控制方向角；所述计算无人船的转弯控制量的步骤，包括：

根据无人船的控制方向角，与无人船实际的方向角做差得到误差方向角ε；

根据误差方向角ε并通过PID控制器得到转弯控制量值dire。

2.根据权利要求1所述的无人船任意路径的追踪控制方法，其特征在于，所述遥控无人船行驶任意一段路径，并自动存储该段路径的坐标点作为期望路径的步骤，包括：

每隔一定时间依次记录储存无人船当前位置点N_i的位置坐标，形成期望路径的点队列

3.根据权利要求2所述的无人船任意路径的追踪控制方法，其特征在于，所述对期望路径进行滤波处理，得到最终路径信息的步骤，包括：

删去期望路径中的重复点，形成路径点队列

删去路径点队列中的临近点，形成路径点队列

检测路径点队列有效性，删除偏离点，将剩下的路径点组成路径点队列

用插值的方法进行无人船路径点补充，形成路径点队列

4.根据权利要求1所述的无人船任意路径的追踪控制方法，其特征在于，所述根据控制信息和无人船当前位置坐标，计算得到无人船实际运动信息的步骤，包括：

更新无人船的目标点，在点队列中向后搜索r个点形成点队列子集计算无人船与点队列子集中每个点的距离，将距离最近的点作为无人船的目标点；

计算无人船与期望路径的垂直距离；

判断无人船偏离期望路径的区域；

计算无人船的目标法向角；

计算无人船的控制方向角；

计算无人船的转弯控制量；

预判无人船未来路径曲率；

计算无人船的前进控制量。

5.根据权利要求4所述的无人船任意路径的追踪控制方法，其特征在于，所述计算无人船与期望路径的垂直距离的步骤，包括：

定义当前时刻无人船的目标位置点为Ni；

计算无人船当前位置点Ni和前一个位置点Ni-1相连所成直线的垂直距离，并将计算出的距离作为无人船与期望路径的垂直距离d。