[发明专利]一种水面无人艇航控系统

权利要求书

1.一种水面无人艇航控系统，其特征在于，所述系统包括：路径跟踪模块、虚拟引导模块、动力定位模块和底层控制器；

所述路径跟踪模块用于根据接收到的任务路径，生成航行规划路径信息发送给底层控制器，所述航行规划路径信息包括所述路径跟踪模块的期望艏向和期望航速；

所述虚拟引导模块根据任务移动引导点，生成航行规划移动引导信息发送给底层控制器，所述航行规划移动引导信息包括所述虚拟引导模块的期望艏向和期望航速；

所述动力定位模块根据任务固定定位点，生成航行规划动力定位信息发送给底层控制器，所述航行规划动力定位信息包括所述动力定位模块的期望舵角和期望油门；

所述底层控制器用于根据所述路径跟踪模块、所述虚拟引导模块和所述动力定位模块，并结合当前位姿信息获取期望舵角和期望油门，进而对无人艇进行控制；

所述底层控制器包括艏向控制器和航速控制器；

所述艏向控制器根据期望艏向和当前艏向，获取期望舵角，并根据所述期望舵角对无人艇进行艏向的控制；

所述航速控制器根据期望航速和当前航速，获取期望油门，并根据所述期望油门对无人艇进行航速的控制。

2.根据权利要求1所述的一种水面无人艇航控系统，其特征在于，所述路径跟踪模块包括制导律计算模块、干扰观察器、越位判断模块、缓冲带模块和艏向自适应状态引导模块；

所述制导律计算模块将跟踪点的概念改为跟踪面，并根据根据横侧偏差的大小调整收敛速度，提出基于自适应边界层的制导律；

所述干扰观察器将艏向侧滑角的偏置为一种不确定干扰，同时集总艏向跟踪误差，对该集总的不确定性进行实时的估计；

越位判断模块作为补充，根据期望目标点与无人艇组成的向量和期望路径向量的相对角关系，决定是否换点；

缓冲带用于提高路径切换时的跟踪精度，具体为：

若无人艇投影还未进入期望路径，或者已进入期望路径但还处在前置缓冲带内，则采用前置缓冲速度；

若无人艇的投影已超出期望路径，或者已进入期望路径且处在终端缓冲带，则采用终端缓冲速度；

艏向自适应状态引导模块用于保证无人艇能够时刻航行在期望路径上，以无人艇艏向作为航行趋向参考值，以横侧偏差作为精度参考值，在牺牲航速的前提下以提高航行时的安全性。

3.根据权利要求1所述的一种水面无人艇航控系统，其特征在于，所述虚拟引导模块包括制导控制模块和层级航速规划器模块；

所述制导控制模块根据目标艏向、无人艇与目标相对艏向和无人艇至目标航线距离，获取制导律；

所述层级航速规划器模块根据无人艇至目标距离，获取指令航速与期望航速的关系。

4.根据权利要求1所述的一种水面无人艇航控系统，其特征在于，所述动力定位模块包括位姿保持器、环境力预测模块、环境力前馈控制模块和推力分配模块；

所述位姿保持器采取比例-微分控制；

所述环境力预测模块根据风速，风向，波幅，波长，波向获取风力系数和浪系数；

所述环境力前馈控制模块所述风力系数和所述浪系数，通过环境力前馈控制器结算抗干扰控制输出；

所述推力分配模块在期望的控制力与可达控制力之间的误差最小化的基础上，使得各执行器均使用最小控制力。