[发明专利]无人艇航向运动控制方法

说明书

本发明提供一种无人艇航向运动控制方法，包括：接收传感器模块采集的无人艇实时航向角，所述传感器模块包括：陀螺仪、加速度计以及磁场强度传感器；对比所述实时航向角与所述设定航向角得到无人艇航向偏差、航向偏差率；采用模糊PID控制算法根据所述航向偏差与所述航向偏差率确定指令舵角，所述指令舵角包括打舵方向和打舵速度；将所述指令舵角发送至电机驱动器；所述电机驱动器根据所述打舵方向和所述打舵速度控制无人艇运动。本发明实现了无人艇的航向控制，提高了无人艇航向运动控制的稳态性能、动态性性能和控制精度，减少了航向控制的调节时间。

技术领域

本发明实施例涉及无人艇运动控制技术领域，尤其涉及一种无人艇航向运动控制方法。

背景技术

PID控制器是一种常规设计，由于在设计中,将被控系统的参数考虑为常数，它们只能在一定范围内有效，它们的最大缺点是闭环控制系统不具有鲁棒性，实际船舶系统常具有不确定性、非线性、非稳定性和复杂性，很难建立精确的模型方程，甚至不能直接进行分析和表示，因而就不能得到预期的控制效果。而人工操作者通过他们对所遇情况的处理经验和智能理解与解释，就能有效地控制船舶航行。因此，人们很自然地开始寻找类似于人工操作的智能控制方法。其中模糊控制算法面对复杂的和模型不清楚的系统能进行简单有效的控制，但是简单的模糊控制器不具备积分环节，即当模糊控制器的输入e和e_c处于零或者零附近时，其输出也同样为零，因此在模糊控制的系统中很难完全消除稳态误差，而且在变量分级不够多的情况下，常常在平衡点附近会有小的振荡现象。

发明内容

本发明实施例提供一种无人艇航向运动控制方法，以克服上述技术问题。

本发明无人艇航向运动控制方法，包括：

接收传感器模块采集的无人艇实时航向角，所述传感器模块包括：陀螺仪、加速度计以及磁场强度传感器；

对比所述实时航向角与所述设定航向角得到无人艇航向偏差、航向偏差率；

采用模糊PID控制算法根据所述航向偏差与所述航向偏差率确定指令舵角，所述指令舵角包括打舵方向和打舵速度；

将所述指令舵角发送至电机驱动器；

所述电机驱动器根据所述打舵方向和所述打舵速度控制无人艇运动。

进一步地，所述对比所述实时航向角与所述设定航向角得到无人艇航向偏差、航向偏差率之前，还包括：

接收陀螺仪检测加速度计三个轴的角速度，磁场强度传感器采集无人艇的航向角，加速度计采集无人艇的横摇角、纵摇角；

根据所述角速度采用卡尔曼滤波修正所述加速度计采集的无人艇的横摇角、纵摇角；

所述修正后的横摇角、纵摇角与所述航向角融合确定精确航向角。

进一步地，所述根据所述角速度采用卡尔曼滤波修正所述加速度计采集的无人艇的横摇角、纵摇角，包括：

根据姿态传感器模块中的陀螺仪采集的角速率偏差、角速率构造系统的状态方程为

量测方程为

其中，α表示姿态角，所述姿态角包括横摇角、纵摇角，β表示陀螺仪输出的角速率偏差，Δt表示采样周期，ω_k-1表示k-1(k＝1,2,···,n)时刻陀螺仪检测的角速率，w_g表示陀螺仪输出的白噪声，w_a为加速度计输出白噪声，所述Z(k)为加速度计的测量值；

根据状态方程和量测方程结合公式

X(k|k-1)＝AX(k-1|k-1)+BU(k-1) (3)