[发明专利]一种自然能驱动无人艇用面向螺旋桨减震的航速控制方法

说明书

本发明提供的是一种自然能驱动无人艇用面向螺旋桨减震的航速控制方法。(1)设定控制输入数据丢包的起始时刻t₀，根据波浪周期T₀决定每次丢包所包含的控制输入数据的数量n的上限；(2)当k_iT≤t＜k_i+1T时，令v(t)＝v(k_iT)；(3)将期望航速v^*(k)与当前实际航速v(t)相减得到误差e(k_iT)，根据e(k_iT)求解控制输出F(t)，当e(k_iT)的绝对值|e(k_iT)|小于设定的偏差阈值e₀时执行步骤(4)否则执行(5)；(4)当螺旋桨的震荡频率f小于不丢包时螺旋桨的震荡频率f₁跳出循环，否则令n＝n+1；(5)根据e(k_iT)解算出控制输出指令F(t)；(6)推进机构接收并执行控制输出指令F(t)，更新自然能驱动无人艇航速v(t)，并转到步骤(2)。本发明不仅实现了对自然能驱动无人艇航速的有效控制，同时解决了自然能驱动无人艇推进机构震荡剧烈的问题。

技术领域

本发明涉及的是一种无人艇运动控制方法，具体地说是一种自然能驱动无人艇的航速控制方法。

背景技术

无人艇在执行如海图绘制，水文测量等任务时，常需要无人艇在海上长时间不间断的作业，这就对无人艇的续航能力提出了更高的要求。由锂电池以及柴油机提供动力的常规动力的无人艇因自身搭载能力的限制，常面临续航能力不足的问题。在此背景下利用风能、太阳能以及波浪能等混合能源形式提供动力的自然能驱动无人艇成为近年研究的热点。良好的航速控制性能是无人艇顺利完成各种任务的前提。与波浪滑翔器结构相似，自然能驱动无人艇的下方安装有水翼，水翼可以将波浪的升沉运动转化成驱动无人艇前进的推力。但是因波浪的周期运动特性以及不可控性导致由水翼产生的这部分驱动力存在周期性震荡以及不可控的特性。驱动力的不完全可控性以及周期震荡特性使得自然能驱动无人艇的航速存在周期震荡的现象，因此在对自然能驱动无人艇的航速进行控制时因控制输入的周期性震荡特性将导致螺旋桨的输出产生周期性的震荡，从而损害螺旋桨的使用寿命。

在文献“Network-Based Heading Control and Rudder Oscillation Reductionfor unmanned Surface Vehicles”中，作者提出一种降低舵机输出震荡幅值的丢包算法，在此基础上实现对无人艇航向的控制。但是该文献提出的丢包算法并没有降低舵机输出的震荡频率过高的问题，同时所提出的丢包算法并没有考虑丢包的起始时刻的选择问题，也没有考虑丢包数量与波浪周期的关系问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现对自然能驱动无人艇航速的有效控制，同时能够解决自然能驱动无人艇推进机构震荡剧烈问题的自然能驱动无人艇用面向螺旋桨减震的航速控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)根据自然能驱动无人艇期望航速与实际航速的偏差设定控制输入数据丢包的起始时刻t₀，根据波浪周期T₀决定每次丢包所包含的控制输入数据的数量n的上限,n＝1,2,3...；

(2)当k_iT≤t＜k_i+1T时，令v(t)＝v(k_iT)，k_iT、k_i+1T分别为每次丢包的起始时刻以及结束时刻,i＝1,2,3…，T为采样周期；

(3)将自然能驱动无人艇的期望航速v^*(k)与当前实际航速v(t)相减得到误差e(k_iT)，控制算法根据e(k_iT)求解控制输出F(t)；当e(k_iT)的绝对值|e(k_iT)|小于设定的偏差阈值e₀时执行步骤(4)否则执行(5)，e₀为正常量；