[发明专利]一种波浪滑翔器的内外环PID路径跟踪控制方法

权利要求书

1.一种波浪滑翔器路径跟踪方法，其特征在于，提供一种波浪滑翔器路径跟踪控制方法，具有以下步骤：

步骤一：波浪滑翔器启动内外环PID路径跟踪控制方法，通过GPS实时定位给出波浪滑翔器当前位置(x,y)，外环控制为当前位置(x,y)与期望路径的垂直距离h。内环控制为将当前的侧边距h输入至PID航向控制器，输出尾舵角度δ₁，使波浪滑翔器垂直朝向期望路径P₁P₂移动。

步骤二：外环控制为：将目标点(x_k+1,y_k+1)输入到波浪滑翔器控制系统中，得到期望航向ψ_e，再通过罗盘读取当前航向ψ_c，将罗盘回传的当前航向与期望航向的偏差ψ_b输入至PID航向控制器，输出尾舵角度δ₂，使波浪滑翔器快速朝向目标点(x_k+1,y_k+1)移动。

步骤三：得到内环尾舵角度δ₁和外环尾舵角度δ₂后，将δ₁、δ₂共同作用到波浪滑翔器，产生一个合舵角，从而使波浪滑翔器快速收敛至期望航向P₁P₂。

步骤四：判断波浪滑翔器是否完成当前目标路径的跟踪，如果未完成，重复步骤一、步骤二和步骤三直至路径跟踪到达目标点；如果完成则切换到下一条目标路径进行跟踪，直至完成所有的路径跟踪。

2.根据权利要求1所述的一种波浪滑翔器路径跟踪方法，其特征在于，步骤一所述的内环PID控制，将当前位置(x,y)与期望路径的垂直距离h作为偏差输入至PID航向控制器中输出尾舵角度。

3.根据权利要求1所述的一种波浪滑翔器路径跟踪方法，其特征在于，通过简单的PID控制算法，将对目标路径的跟踪转换为对目标航向的跟踪，PID控制器输出舵角进而控制波浪滑翔器转向。

4.根据权利要求1所述的一种波浪滑翔器路径跟踪方法，其特征在于，通过合理的设置PID参数，可以得到稳定收敛的控制规律，使航向角偏差趋于零。内环PID控制规律为：

其中，k₁,k₂,k₃为比例系数，h为波浪滑翔器距期望路径P₁P₂的距离，将h作为偏差值输入到PID航向控制器，输出尾舵角度δ₁。只要偏差值h存在，就会输出一个舵角δ₁从而保证波浪滑翔器垂直朝向期望路径P₁P₂移动。

5.根据权利要求1所述的一种波浪滑翔器路径跟踪方法，其特征在于，外环PID控制规律为：

其中，k₄,k₅,k₆为比例系数，ψ_b为航向角偏差，ψ_b＝ψ_e-ψ_c，其中ψ_c为当前航向角，ψ_e为期望航向角。