[发明专利]一种新型风光互补供能无人帆船及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型风光互补供能无人帆船及其控制方法。

背景技术

近年来国际上对无人汽车、无人飞机等的研究有了许多重要突破，但在无人水面 船(UnmannedSurfaceVehicle，简称USV)方面，由于研宄对象及环境的复杂性，数十年来， 取得的成果还难与无人机、无人车和无人潜水机器人媲美。

无人船作为一种新概念船，可谓是船舶发展的一个新的里程碑。无人船也可称为 水面机器人，它是依靠自主方式在水面航行的无人化、智能化的平台，主要用于各种水域环 境下执行一些危险以及不适于载人船只执行的任务。

在无人船领域，当前主要存在以下的技术难题：

1、目前无人船存在最大的缺点就是因为船体较小，无法携带足够的燃料，因此航 行时间和续航里程是极为有限的。而我国海洋范围广阔，特别是在南海地区，需要大范围的 监控，因此航程的限制极大地影响了无人船在海洋领域的大范围的应用。

2、由于现有的无人船主要是以内燃机作为动力，携带大量燃料，因此降低了无人 船的有效载荷。而在进行环境监测时由于自身排出的废气或者油污会影响水体或者空气 采样的准确性。另外燃料的补给使得系统的使用成本非常高，维护非常复杂。

3、智能化是无人船的重中之重，也是研究中的最大难点，由于无人船要具备在极 其恶劣的海况条件下安全航行的能力，并完成相应的使命任务，而且在远程、超出人的视距 范围时还能精准的进行自主导航、规避障碍物等，因此实时的监测航行中各种气象数据、进 行实时定位十分重要。

不难总结出，目前所有无人船存在最大问题就是航程的限制，由于无人船多采用 内燃机或者蓄电池单一的驱动系统作为动力，因此航程很难达到1000公里以上。无人船只 是一个水面移动平台，还需要搭载任务设备，因此自身对电力供应要求也比较高。任务设备 的增加不仅会使燃料的装载进一步降低，而且会对航程有更加不利的影响。如何制作新型 能源供能以达到超长续航能力的、结构精简的无人船是无人船创新发展的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有无人船续航能力有限、供能紧张技术的不 足，旨在提供一种太阳能与风能互补驱动方式以实现无限续航里程。

本发明提供了一种新型风光互补供能无人帆船及其控制方法。

本发明采取的技术方案为：一种新型风光互补供能无人帆船，包括硬件控制器、 监测平台、翼帆、太阳能板、通过太阳能板支架、无人船船体、翼帆控制装置、尾舵、电驱动水 下推进系统、太阳能功率优化控制器以及储能装置。硬件控制器、监测平台是其控制系统主 要组成，翼帆、翼帆控制装置是其翼帆动力系统主要组成，太阳能板、电驱动水下推进系统、 太阳能功率优化控制器、储能装置是其风光储能及驱动系统主要组成。所述太阳能功率优 化控制器、储能装置固定于无人船船体的骨架上，太阳能板通过太阳能板支架固定于无人 船船体上，电驱动水下推进系统安装在翼帆控制装置上，翼帆控制装置安装在无人船船体 上，监测平台、翼帆与翼帆控制装置之间为机械连接，监测平台、翼帆控制装置、电驱动水下 推进系统、太阳能功率优化控制器与硬件控制器为电气连接。

所述监测平台，包括在传感器安装方管上依次安装有风速传感器、风向传感器、光 照度传感器以及无人船位姿检测仪。风速传感器、风向传感器、光照度传感器用于实时检测 航行水域的气象数据，进而充分利用风能、光能对无人船循环供能；无人船位姿检测仪集成 了陀螺仪、电子罗盘、加速度传感器以及GPS定位器，通过信号采集模块将陀螺仪、电子罗 盘、加速度传感器三个传感器数据采集到控制系统中，利用卡尔曼滤波技术进行无人船的 姿态解算，得到无人船的航向、俯仰、横滚三个轴的信息，用于船体姿态的控制，而位置检测 是通过GPS实现的，通过位置检测模块将无人船的经纬度坐标读入中心控制器，然后经由 GPRS模块发送给监控终端，监控终端的操作人员将任务指令如目标地点、巡航路线等下发 到无人船中。