[发明专利]一种无人船差速自动转向控制系统及控制方法

说明书

本发明提供了一种无人船差速自动转向控制系统，包括导航系统，所述导航系统用于获取无人船位置、航向和速度的信息；显示设备，所述显示设备用于存储期望的无人船直线轨迹参数和显示无人船状态信息；自动转向控制器，所述自动转向控制器用于计算控制量并将控制量输出给电子调速器，所述电子调速器用于控制螺旋桨电机转速，本发明提出的自动转向系统取消了两侧的转向舵机，而是将螺旋桨绕旋转轴和船体固定，通过设计的控制算法，自动调节左右两个螺旋桨转速差，实现无人船转向控制。

技术领域

本发明涉及数据处理领域，具体涉及到一种无人船差速自动转向控制系统及控制方法。

背景技术

随着GNSS高精度卫星导航技术的普及，海洋测绘已经成为卫星导航应用的重要方向，而无人船作为海洋测绘设备如测深仪等设备的载体平台，在测绘作业中发挥了重要作用。如图1所示，传统的无人船动力系统由左右两个推进螺旋桨和左右两个转向舵机组成，通过螺旋桨提供前进动力，并且通过舵机带动左右螺旋桨绕旋转轴旋转，从而改变螺旋桨推进力方向，产生转向力矩以实现转向。在许多中小型无人船使用的转向舵机往往是塑料部件，在转向过程中由于齿轮磨损，非常容易导致舵机损坏，因此极大地影响了无人船系统可靠性。

发明内容

为了解决上述的缺陷，本发明提供了一种无人船差速自动转向控制系统及控制方法，以替代传统舵机转向控制方式。本发明提出的自动转向系统取消了两侧的转向舵机，而是将螺旋桨绕旋转轴和船体固定，通过设计的控制算法，自动调节左右两个螺旋桨转速差，实现无人船转向控制。

本发明提供了一种无人船差速自动转向控制系统，包括导航系统，所述导航系统用于获取无人船位置、航向和速度的信息；显示设备，所述显示设备用于存储期望的无人船直线轨迹参数和显示无人船状态信息；自动转向控制器，所述自动转向控制器用于计算控制量并将控制量输出给电子调速器，所述电子调速器用于控制螺旋桨电机转速。

上述的一种无人船差速自动转向控制系统，其中，还包括无线传输模块、螺旋桨直流无刷电机，所述无线传输模块用于通过无线传输方式获取显示设备的轨迹数据，所述螺旋桨直流无刷电机用于带动螺旋桨叶片旋转，所述自动转向控制器用于计算控制量并将控制量以PWM脉宽信号的形式输出给电子调速器，所述导航系统为GNSS和IMU组合的导航系统，所述显示设备为地面站显示设备。

上述的一种无人船差速自动转向控制系统，其中，所述GNSS和IMU组合的导航系统通过串口输出位置、航向、速度信息给自动转向控制器，所述地面站显示设备通过无线传输模块输出存储的期望轨迹参数给自动转向控制器，所述电子调速器对螺旋桨直流电机进行调速。

本发明的另一面提供了一种无人船差速自动转向控制方法，包括以下步骤：

步骤(1):获取无人船位置、航向和速度信息；

步骤(2):计算无人船的横向偏差和航向偏差；

步骤(3):建立无人船线性化运动学状态空间模型；

步骤(4):计算转向控制量；

步骤(5):计算PWM信号脉宽。

上述的方法，其中，所述步骤(1)具体包括：通过GNSS接收机接收卫星导航信号，获取更高精度的位置和航向信息，需要使用RTK实时运动差分定位技术；以及通过IMU测量无人船自身的角速度和加速度信息，将测量数据通过卡尔曼滤波算法进行融合，输出滤波后的无人船位置坐标x和y、航向yaw和速度v。

上述的方法，其中，所述步骤(2)具体包括：取北向坐标系为x方向，东向坐标系为y方向，期望直线轨迹的航向为Dyaw，期望直线轨迹方程为：

ax+by+c＝0 (公式1)