[发明专利]有环境干扰下考虑侧滑角的UUV航迹视线导引法

说明书

技术领域

本发明涉及欠驱动水下无人航行器在进行轨迹跟踪控制方法。

背景技术

由于水下无人航行器(UUV)水平面上只能提供纵向推力和转艏力矩，不能提供横向推力，即横向不直接可控，因此属于欠驱动UUV。针对这一类欠驱动UUV，为了实现精确的循迹跟踪控制，视线导引法能够很好解决这一问题。该方法通过设计前视向量和前视点，将航迹跟踪的二维期望位置点映射成一维期望艏向，通过对期望艏向的跟踪达到航迹的精确跟踪。以直线段视线导引法为例，对于一片开阔的水域来说，UUV的航迹通常可以表示成由一系列航迹点{P₁,…,P_k-1,P_k,…,P_n}依次相连的形式。假设某相邻两航迹点构成的直线段为P_k-1P_k，其中P_k-1和P_k分别为该直线段的起点和终点。这里定义P_k为UUV航迹的转向点，即当UUV当前位置处于以P_k为圆心，以R_accept为半径的圆形邻域内时，UUV的期望航迹切换为P_kP_k+1的直线段，即此时UUV的起点更新为P_k、终点更新为P_k+1。如此循环，从而实现整个期望航迹的跟踪。

在有海流干扰的情况下，如果直接将上述视线法得出的期望艏向角作为控制系统的期望艏向，最终能跟踪上这个期望艏向，但是会存在稳定航迹误差。

发明内容

本发明为了解决现有的视线导引法存在稳定航迹误差的问题。

有环境干扰下考虑侧滑角的UUV航迹视线导引法，包括下述步骤：

步骤一：

UUV的航迹能够表示成由一系列航迹点{P₁,…,P_k-1,P_k,…,P_n}依次相连的形式；假设某相邻两航迹点构成的直线段为P_k-1P_k，其中P_k-1和P_k分别为该直线段的起点和终点；这里定义P_k为UUV航迹的转向点，即当UUV当前位置处于以P_k为圆心，以R_accept为半径的圆形邻域内时，UUV的期望航迹切换为P_kP_k+1的直线段，即此时UUV的起点更新为P_k、终点更新为P_k+1；

根据视线导引法各个参数关系，求出艏向期望角ψ_d：

ψ_d＝β_i-α(t)   (1)

其中，β_i为有向线段p_k-1p_k与北向坐标轴的夹角，α(t)为前视向量与路径的夹角。

步骤二：定义侧滑角β＝atan(v/u)；根据公式(2)对期望艏向指令进行修正

ψ_d＝β_i-α(t)-β   (2)

其中，u和v分别为UUV在载体坐标系下的横向速度与纵向速度，纵向速度是UUV沿船头方向航行的速度，横向速度与纵向速度垂直，atan(v/u)为反正切函数。

本发明直接引入侧滑角对期望艏向指令进行了修正，不仅可以应用于理想的海洋环境，即使存在海流干扰时，同样能够提供精确的实时艏向角；利用本发明，UUV跟踪上期望航迹后，稳定的航迹误差为零，即消除了稳定航迹误差，实现对UUV航迹的精确跟踪。

附图说明

图1为直线段视线导引法示意图；

图2为传统方法UUV航迹误差仿真结果；

图3为传统方法UUV航迹跟踪仿真结果；

图4为本发明UUV航迹误差仿真结果；

图5本发明UUV航迹跟踪仿真结果。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，有环境干扰下考虑侧滑角的UUV航迹视线导引法，包括下述步骤：

步骤一：