[发明专利]一种无人艇滑模编队控制系统及其方法

说明书

本发明公开一种无人艇滑模编队控制系统及其方法，该系统主要包括岸基定位主机，无线通信模块，无人艇滑模控制系统，岸基定位主机通过设置虚拟领航者建立笛卡尔坐标系规划无人艇编队中各个无人艇的航行轨迹，通过无线通信模块传输轨迹到船端；单无人艇通过内部的滑模速度控制器稳定横向和纵向速度误差最终实现跟踪期望轨迹的作用，同时将输出控制信号给运动模块转化控制量为油门和舵角，完成对无人艇航行的控制；单无人艇反馈自身位置到岸基定位主机，主机实现实时监控修正航迹的功能。本发明可以提高无人艇编队的鲁棒性，同时通过多艇协作高效的完成任务，同时提高了无人艇编队的稳定性和可靠性，便于硬件和软件上的实现。

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编队航行的控制方法。该方法可以高效的提高无人艇编队的鲁棒性，同时通过多艇协作高效的完成任务。

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。

相比于单个无人艇单独执行任务无人编队群具有以下优点。第一，可以通过多个低成本的无人艇协作的方式来降低任务完成的成本；第二，在海上无人艇面临着各种强干扰，多艇协作的模式增加了完成任务时的风险抵抗能力；第三，多艇协作的工作模式可以提高任务完成的精度和速度；

在海洋中执行任务的无人艇编队，由于受到风浪等外部环境的干扰，会产生横荡，纵荡和艏摇。上述干扰的纯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，需要控制器对航行状态做出高精度的控制。

由于上述方案信号的处理单元设置在岸端，岸上控制站接受无人艇编队反馈信号，进过比较后将处理后的信号发送至无人艇，当无人艇编队航行海况复杂，无人艇编队在接受到的控制信号时当前船体的姿态已经发生变化，因此，现有的无人艇集群控制方案存在着控制时延的技术问题。同时，对于单一领航者的无人艇编队，当领航者发生故障时会导致无人艇编队系统瘫痪，因此，现有的无人艇编队控制方案存在着应对无人艇编队鲁棒性不足的问题。

发明内容

本发明针对目前无人艇编队控制中的时延问题和鲁棒性问题，旨在提供一种无人艇滑模编队控制系统。

本发明可通过以下技术方案予以解决：

一种无人艇滑模编队控制系统，包括岸基定位主机，无线通信模块，无人艇滑模控制系统；所述无人艇滑模控制系统包括主控制器，协控制器、滑模速度控制器，环境感知模块，运动模块；所述主控制器通过所述无线通信模块接收来自所述岸基定位主机的位置姿态信息，以及通过协控制器采集并处理环境感知模块采集的环境信息，并通过所述滑模速度控制器的内部算法控制运动模块，来控制无人艇自主运动；所述岸基定位主机作为上位机用于处理无人艇上所搭载的环境感知模块采集的数据，得到无人艇编队中各个无人艇的航行信息，并通过给出虚拟领航者来规划无人艇编队的航行轨迹，最后通过所述无线通信模块将规划的航迹传输给各个无人艇端。

进一步地，所述无线通信模块负责将编队中的各个无人艇上环境感知模块采集的数据上传至所述的岸基定位主机，同时又将无人艇位置姿态信息传输给无人艇的底层硬件。

进一步地，所述协控制器用于采集所述环境感知模块的信息并作出相应的处理，最后发送给所述滑模速度控制器。

进一步地，所述环境感知模块通过搭载各种传感器来监测外部环境信息，所述传感器包括ka波段雷达，海事雷达，360度光学相机，多普勒海流传感器或风速传感器。

进一步地，所述运动模块接受来自所述滑模速度控制器输出的控制信号，将无人艇横向速度和纵向速度转化为无人艇输出的油门和舵角。