[发明专利]基于差分双桨驱动的无人艇运动控制系统及其方法

说明书

本发明涉及基于差分双桨驱动的无人艇运动控制系统及其方法，该方案包括以下步骤：S100、实时监测该无人艇左右螺旋桨的转速；S200、获取该无人艇的期望偏航角度；S300、将该期望偏航角度作为外环输入，通过双PID差分控制算法计算出该无人艇的期望角速度，其中所述双PID差分控制算法将所述无人艇的偏航角度作为外环控制，将所述无人艇的转向角速度作为内环控制；S400、将该期望角速度作为内环输入，通过所述双PID差分控制算法计算出该无人艇左右螺旋桨的期望转速差速；S500、依据该期望转速差速实时补偿所述无人艇左右螺旋桨的转速，形成闭环控制，本申请具有响应速度快、控制效果好及稳定性好的优点。

技术领域

本发明涉及船舶控制技术领域，具体涉及基于差分双桨驱动的无人艇运动控制系统及其方法。

背景技术

无人艇作为一种无人水面平台，具有适应范围广、使用成本低、可扩展性强等特点，被广泛应用于水域自动化作业领域。无人艇技术涉及艇体设计制造、动力推进、通信导航、运动控制等诸多方面，国内外都非常重视无人艇技术的研发。现有无人艇的运行模式主要有两种，一种为自主航行模式，另外一种为远程遥控模式。其中，自主航行模式是指无人艇按照目标任务，在完全没有人工干预的情况下进行安全航行的一种航行模式。

无人艇运动控制是自主避障、自主航行的基础和关键。然而，水面无人艇运动控制系统是一个欠驱动、不稳定的非线性系统，很难建立精确的数学模型，达到预期的效果。并且，无人艇的驱动方式多种多样，常见的有单桨单舵、双桨、多桨多舵、泵喷等驱动方式，不同的驱动方式有不同的特点，同时也有不同的控制方法。而双桨相较于单桨单舵的推进控制方式，具有更高的推进冗余度，但其控制难度也更大。并且由于双桨无人艇滞后性强，响应速度慢，仅根据无人艇的航向进行控制难以达到理想的控制效果。

因此，亟待一种能够实现控制响应快且具有较高稳定性和可靠性的无人艇运动控制系统及其方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了基于差分双桨驱动的无人艇运动控制系统及其方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：基于差分双桨驱动的无人艇运动控制方法包括以下步骤：

S100、实时监测该无人艇左右螺旋桨的转速；

S200、获取该无人艇的期望偏航角度；

S300、将该期望偏航角度作为外环输入，通过双PID差分控制算法计算出该无人艇的期望角速度，其中所述双PID差分控制算法将所述无人艇的偏航角度作为外环控制，将所述无人艇的转向角速度作为内环控制；

S400、将该期望角速度作为内环输入，通过所述双PID差分控制算法计算出该无人艇左右螺旋桨的期望转速差速；

S500、依据该期望转速差速实时补偿所述无人艇左右螺旋桨的转速，形成闭环控制；

S600、循环S100-S500步骤直至所述无人艇达到期望角速度或行进至目标点。

工作原理及有益效果：1、与现有技术开环控制的方式相比，本申请先通过霍尔传感器来计算出无人艇左右螺旋桨的实际转速，然后通过双PID差分控制算法分别算出无人艇的期望角速度和左右螺旋桨的期望转速差速，再通过期望转速差速来实时补偿实际转速，从而使得无人艇能够达到期望角速度，也正是这个闭环控制过程来不断地调整无人艇左右螺旋桨的转速，从而达到了更加精确的控制，而且响应速度大大提高，并不是下达命令后直接将左右螺旋桨的转速转到对应的转速，这样容易导致超调，导致精度不准，而本申请是不断地补偿反馈地过程才达到对应的转速；

2、与现有技术相比，本申请的无人艇在运动调节过程中是一个不断反馈调整的闭环控制过程，因此具有稳定性好及可靠性好的优点，可极为有效地避免超调，也就是调整过头的问题发生。