[发明专利]无人艇路径跟踪控制方法、系统、存储介质及终端

说明书

本发明公开了一种无人艇路径跟踪控制方法、系统、存储介质及终端，其中，无人艇路径跟踪控制方法包括步骤：采集无人艇的第一位置信息和速度信息；根据第一位置信息和艏向控制器调整无人艇的转艏运动；根据速度信息和速度控制器调整无人艇的纵向运动；根据第一位置信息和艏向控制器调整无人艇的转艏运动包括以下步骤：根据第一位置信息和基于视线法原理创建的制导律生成无人艇在路径跟踪状态下的期望艏向角；基于过渡目标值函数和期望艏向角创建艏向控制器；将第一位置信息、期望艏向角输入艏向控制器生成控制力矩；根据控制力矩调整无人艇的转艏运动。本发明提供的无人艇路径跟踪控制方法、系统、存储介质及终端提高了跟踪精度、扩大了应用范围。

技术领域

本发明涉及无人艇航行控制技术领域，尤其涉及一种无人艇路径跟踪控制方法、系统、存储介质及终端。

背景技术

无人艇(unmanned surface vessel，简称USV)被广泛地应用于海洋生产活动中，尤其是在海洋资源调查、水质监测与采样、环卫等方面具有突出的优势。无人艇在执行以上任务时往往需要进行路径跟踪控制。在路径跟踪控制的过程中，控制系统在折线路径单元转折处会出现目标艏向角发生“骤变”的情形，但是无人艇本身具有较大惯性，执行机构存在长时滞的特性，导致其艏向在实际控制中很容易发生超调现象，从而影响路径跟踪控制的精度；此外现有路径跟踪控制方法对无人艇的数学模型依赖性强、动力控制器的设计形式复杂，难以扩大其应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人艇路径跟踪控制方法、系统、存储介质及终端，用以降低现有无人艇路径跟踪控制方法中期望艏向角骤变时对精度的影响。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种无人艇路径跟踪控制方法，包括步骤：采集无人艇的第一位置信息和速度信息；根据所述第一位置信息和艏向控制器调整所述无人艇的转艏运动；根据所述速度信息和速度控制器调整所述无人艇的纵向运动；其中，所述根据所述第一位置信息和艏向控制器调整所述无人艇的转艏运动包括以下步骤：根据所述第一位置信息和基于视线法原理创建的制导律生成所述无人艇在路径跟踪状态下的期望艏向角；基于过渡目标值函数和所述期望艏向角创建艏向控制器；将所述第一位置信息、所述期望艏向角输入所述艏向控制器生成控制力矩；根据所述控制力矩调整所述无人艇的转艏运动；其中，所述过渡目标值函数为期望艏向角骤增过渡函数和期望艏向角骤减过渡函数，且期望艏向角骤减过渡函数采用下面公式表述：

其中，t′为过渡时间，t₀为过渡函数的作用时间，t为无人艇实时运动的时间；在期望艏向角骤减的状态下，所述艏向控制器中目标艏向角的计算方式如下：

其中，ψ_d为期望艏向角，κ为调整因子，其取值范围为0＜κ＜1。

本发明的目的还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

优选的，其中，所述根据所述第一位置信息和基于视线法原理创建的制导律生成所述无人艇在路径跟踪状态下的期望艏向角的步骤包括以下步骤：在期望路径上创建多个航路点；在相邻两个所述航路点之间创建参考点；获取所述参考点前后各一个相邻所述航路点的第二位置信息；根据所述第一位置信息和两个所述第二位置信息利用视线法原理和几何法求轨迹方程生成所述参考点的第三位置信息；基于所述第一位置信息和所述第三位置信息利用投影算法生成所述期望艏向角。

优选的，其中，所述基于过渡目标值函数和所述期望艏向角创建艏向控制器的步骤包括以下步骤：将所述期望艏向角输入所述过渡目标值函数生成目标艏向角；获取所述无人艇的艏向角信息；根据所述艏向角信息和所述目标艏向角生成参数修正信息；基于S面控制原理和所述参数修正信息创建所述艏向控制器。

优选的，其中，所述期望艏向角骤增过渡函数采用下面公式表述：