[发明专利]一种无人艇航行串级控制系统及其控制方法

说明书

本发明公开一种无人艇航行串级控制系统及其控制方法，该控制系统包括制导系统，串级控制系统和无人艇环境感知系统；无人艇环境感知系统感知航行信息并将该信息传输给制导系统和串级控制系统，无人艇环境感知系统包括导航传感器模块，距离感知模块和干扰感知模块；制导系统包括任务导航模块，反应式避障模块，海事规则避障模块和路径规划模块；串级控制系统包括主反馈回路和副反馈回路；制导系统与主反馈回路中的主控制器和无人艇轨迹反馈系统连接；副反馈回路在主反馈回路的内部，其中主控制器与副控制器和无人艇姿态反馈系统连接，副控制器与无人艇船体模型辨识系统连接。本发明可抑制外部环境的干扰，使无人挺高性能的航行。

技术领域

本发明属于无人艇技术领域，具体涉及一种无人艇航行串级控制系统及其控制方法。该控制系统对于航行中强干扰有很强的抑制作用，能够实现无人艇高性能高精度跟踪期望轨迹的航行控制。

背景技术

无人艇是一种无需人员驾驶和操作，可以自主或者半自主航行和作业的艇，主要用于执行危险以及不适合有人船只执行的任务。现如今已经广泛地应用于军事和民用领域；在军事领域，无人艇通过搭载高精度的装备和军用火炮能够实现无人侦察和船只护航的任务；在民用领域主要用于海图探测，水样收集，应急救援等。

在海洋中执行任务的无人艇，由于受到风浪等外部环境的干扰，会产生横荡，纵荡和艏摇。上述干扰的存在对于无人艇高性能航行有很大的负面影响。外界的干扰不仅会降低无人艇上搭载的设备的工作效率同时还会对于无人艇的航迹产生影响，使之不能高精度的跟踪期望轨迹。因此为保证无人艇的高性能航行，需要对外界干扰作出抑制。

发明内容

本发明针对目前无人艇所面临的不可预测的外界强干扰问题，旨在提供一种无人艇航行串级控制系统及其控制方法。

为实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无人艇航行串级控制系统，包括制导系统，串级控制系统和无人艇环境感知系统；所述无人艇环境感知系统感知航行信息并将该信息传输给所述制导系统和串级控制系统，所述无人艇环境感知系统包括导航传感器模块，距离感知模块和干扰感知模块；所述制导系统包括任务导航模块，反应式避障模块，海事规则避障模块和路径规划模块；所述串级控制系统包括主反馈回路和副反馈回路；其中副反馈回路包括无人艇船体模型辨识系统，无人艇姿态反馈系统和副控制器，所述副控制器采用增量式PD控制器，主反馈回路包括主控制器，动力驱动系统，无人艇轨迹反馈系统，所述主控制器采用增量式PID控制器；

所述制导系统与主反馈回路中的主控制器和无人艇轨迹反馈系统连接；所述副反馈回路在主反馈回路的内部，其中所述主控制器与副控制器和无人艇姿态反馈系统连接，所述副控制器与无人艇船体模型辨识系统连接；所述无人艇环境感知系统与无人艇船体模型辨识系统和制导系统连接；所述制导系统通过无人艇环境感知系统提供的实时数据对无人艇的航迹进行规划，并且将规划航迹传输给所述主反馈回路。所述副反馈回路用于在复杂海况下抵制外界的强干扰；所述主反馈回路用来保证无人艇能够高精度的跟踪制导系统给出的期望轨迹。

根据上述无人艇串级控制系统，优选的，所述制导系统包括路径规划模块，任务导航模块，反应式避障模块，海事规则避障模块；所述路径规划模块与任务导航模块，反应式避障模块，海事规则避障模块连接。所述任务导航模块是根据具体任务要求对航迹进行规划的模块，并将任务要求传输给路径规划模块。所述反应式避障模块主要通过雷达获取障碍物的位置和速度等特征信息，并且将这些信息传输给路径规划模块。所述海事规则避障模块使无人艇遵守海事规则。所述路径规划模块接受任务导航模块，反应式避障模块和海事规则避障模块传输的数据，并结合视线法对已经生成的航迹进行实时的更新，并将更新都的航迹传输给主反馈回路。视线法（Line of sight）其原理是船的航向始终瞄着目标点，以此修正风流海流引起的偏差。