[发明专利]一种基于侧边距的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，根据波浪滑翔器距离期望路径的侧边距H_c与设定转向距离H_set的大小，决定波浪滑翔器的两种路径跟踪方式。当侧边距H_c大于设定值H_set时，波浪滑翔器会沿侧边距H_c的方向逼近期望轨迹，当波浪滑翔器移动到所在位置侧边距H_c小于设定值H_set时，波浪滑翔器将会采用视向算法(LOS)计算出期望航向。得到期望航向后，将罗盘回传的当前航向与期望航向的偏差输入至PID航向控制器，输出尾舵角度，使波浪滑翔器快速收敛至期望航向。本发明提供的波浪滑翔器的路径跟踪控制方法简化了控制流程，简单可靠。

技术领域

本发明涉及一种基于侧边距的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，主要由浮体船、脐带缆、牵引机三部分组成。利用上述三部分组成的多刚体结构将波浪能转化为前向动力，利用太阳能电池板为波浪滑翔器导航、通讯和运动控制等提供能源供给，波浪滑翔器可实现长时间、大范围的海上自主航行。

波浪滑翔器模型的不确定性、非线性以及海洋环境的复杂多变使其路径跟踪控制变得尤为困难。为简化波浪滑翔器导航控制流程，降低导航控制模块运行功耗，本发明旨在提供一种简单易行的波浪滑翔器路径跟踪控制方法，节省导航控制系统资源。

发明内容

本发明提供一种新型路径跟踪控制方法，实现波浪滑翔器快速可靠路径跟踪控制。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水面无人航行器上。

本发明的实现步骤如下：

步骤一：波浪滑翔器启动侧边距路径跟踪方法，通过GPS实时定位给出波浪滑翔器当前位置(x，y)，计算所述当前位置(x，y)与期望轨迹的侧边距H_c。设定波浪滑翔器路径跟踪转向距离H_set，通过判断所述侧边距H_c与转向距离H_set的大小决定波浪滑翔器的路径跟踪方式；

步骤二：当侧边距H_c大于设定值H_set时，波浪滑翔器会沿侧边距H_c的方向逼近期望轨迹，当波浪滑翔器移动到所在位置侧边距H_c小于设定值H_set时，波浪滑翔器将会采用视向算法(LOS)计算出期望航向。

步骤三：得到期望航向后，将罗盘回传的当前航向与期望航向的偏差输入至PID航向控制器，输出尾舵角度，使波浪滑翔器快速收敛至期望航向。

步骤四：判断波浪滑翔器是否完成当前目标路径的跟踪，如果未完成，重复步骤一、步骤二和步骤三直至路径跟踪到达目标点；如果完成则切换到下一条目标路径进行跟踪，直至完成所有的路径跟踪。

在波浪滑翔器目标路径跟踪控制过程中，期望航向的实时获取是保证波浪滑翔器路径导航控制的关键所在，因此，在满足波浪滑翔器导航控制精度前提下，快速有效获得波浪滑翔器期望航向角度，简化导航控制算法对提高波浪滑翔器控制鲁棒性和降低控制功耗具有重大作用。本发明的效果是：当波浪滑翔器所在位置侧边距H_c大于和小于设定值H_set时，采用两种不同的路径跟踪控制方法得到期望航向，通过简单易行的PID航向控制输出尾舵角度，保证波浪滑翔器简单可靠完成复杂海况下多干扰并存的路径跟踪控制。

附图说明

图1是基于侧边距的波浪滑翔器路径跟踪方法流程图；

图2是基于侧边距的波浪滑翔器路径跟踪方法框图；

图3是基于侧边距的波浪滑翔器路径跟踪方法示意图；

具体实施方式