[发明专利]一种带风帆的动力浮标自主航行控制方法

权利要求书

1.一种带风帆的动力浮标自主航行控制方法，其特征在于：步骤如下：

步骤1：风动力浮标搭载的天线单元接收目标守位点的位置D、目标工作区域半径R及期望航速V_q，初始时，调整舵机使风动力浮标艏向为出发点和目标守位点连线方向，开始依靠风动力航行；

步骤2：检测风动力浮标当前所在位置P₀、10秒前所在位置P_-1、20秒前所在位置P_-2、30秒前所在位置P_-3，当前位置风动力浮标艏向角当前位置风帆的操帆角度γ；

步骤3：求取当前位置指向目标守位点的向量并获取目标艏向角判断风动力浮标是否进入工作区，若是则停止航行开始执行工作任务，否则继续执行步骤4；

步骤4：利用步骤2中得到的风动力浮标位置信息，估计风动力浮标的平均航行速度

步骤5：在可航行区域范围内先向右寻找风动力浮标的右侧最佳艏向，在当前风动力浮标艏向的基础上依次将艏向角增加5°，同时将航速投影到向量方向上，找到投影最大的位置对应的艏向角

步骤6：当风动力浮标艏向角增值大于180°时，寻找其左侧最佳艏向，至艏向角增值大于360°时停止寻找，找到投影最大的位置对应的艏向角

步骤7：确定最佳艏向并对风动力浮标艏向进行闭环调整；

步骤8：实时获取表观风向角θ，从而确定最佳操帆角度γ_great，并对操帆角度进行闭环调整，使风动力浮标始终能够获得最大的艏向推力；

步骤9：调整好风动力浮标艏向和风帆的操帆角度后，将当前风动力浮标的平均航速与期望航速V_q进行比较，对主推进器的开闭进行判断，并对其推力分配进行设计，推力分配结束后返回步骤2；

将当前风动力浮标的平均航速与期望航速V_q进行比较，若则关闭推进器；若则打开推进器；推进器推力分配设计方法为：

首先，计算推进器转速控制器的输出n：

n＝k_P(e_v-e_v-1)+k_Ie_v+k_D(e_v-2e_v-1+e_v-2)

其中，为当前期望航速与平均航速的偏差，e_v-1为前一次期望航速与平均航速的偏差，e_v-2为再前一次期望航速与平均航速的偏差，k_P、k_I、k_D为PID参数；

其次，对两个主推进器进行推力分配：

n_l＝n,n_r＝n

其中，n_l为左侧主推进器转速，n_r为右侧主推进器转速。

2.根据权利要求1所述的一种带风帆的动力浮标自主航行控制方法，其特征在于：步骤3中的判断方法是：

若则停止航行开始执行工作任务；

若则继续执行步骤4。

3.根据权利要求1或2所述的一种带风帆的动力浮标自主航行控制方法，其特征在于：步骤4具体是：

解算位置信息得到位置P₀的经度为ζ₀，纬度为ξ₀，位置P_-1的经度为ζ₁，纬度为ξ₁，位置P_-2的经度为ζ₂，纬度为ξ₂，位置P_-3的经度为ζ₃，纬度为ξ₃，估计当前风动力浮标的平均航行速度方法为：