[发明专利]一种水面无人艇航控系统

说明书

本发明公开了一种水面无人艇航控系统，属于无人艇航控技术领域，解决仅涉及单项技术的控制系统的无人艇在执行任务时存在局限性问题。本发明的一种水面无人艇航控系统包括：路径跟踪模块、虚拟引导模块、动力定位模块和底层控制器；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；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；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；底层控制器用于根据路径跟踪模块、虚拟引导模块和动力定位模块，结合当前位姿信息获取期望舵角和期望油门，对无人艇进行控制。本发明适用于欠驱动无人艇的自主控制系统。

技术领域

本申请涉及无人艇航控技术领域，尤其涉及一种水面无人艇航控系统。

背景技术

当前的相关技术，均只考虑路径跟踪，动力定位，虚拟引导这三大基本任务的其中一种，忽略了三者的系统性。随着自主技术的提升和广泛应用，无人艇被要求在越来越复杂的任务场景中执行任务。然而，相关的论文及专利往往仅针对上述三大基本任务中的一种进行分析和讨论，仅涉及单项技术的控制系统毫无疑问的使得无人艇在执行任务时存在局限性。

发明内容

针对此问题，为设计一个包含上述三大基本控制技术的控制系统，以此提升无人艇的自主能力，本发明提供了一种水面无人艇航控系统。

一种水面无人艇航控系统，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。

进一步地，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。