[发明专利]基于变参数视线法的无人船航迹控制方法及存储介质

说明书

本发明是一种基于变参数视线法的无人船航迹控制方法及存储介质，包括建立有限时间内的船舶数学模型，通过回转试验求取模型参数，将系统改造成最佳二阶系统来设计航向控制器；基于视线法实现船舶轨迹跟踪控制，根据当前坐标与目标航线的位置关系计算出船舶沿轨迹航行的视线角，将其与实际航向角作差，得到目标航向角，再通过控制器得到目标舵角，并向下层发送命令，控制船舶运动，消除航迹误差，使得船舶向着期望轨迹方向驶进。本发明根据船舶实际位置与路径目标点的距离确定起始航点，方便船舶试验；针对无人船无法正常切换航段的情况，调节算法的视线半径以及切换条件，减小跟踪误差，使得航迹控制更加精确。

技术领域

本发明涉及无人船的航迹跟踪控制技术领域，具体涉及一种基于变参数视线法的无人船航迹控制方法。

背景技术

无人船的系统是复杂系统，包含多种功能模块，航行控制是系统重要的模块之一。无人船在海上航行时从经济性和安全性两方面考虑，要求其能沿着特定的航线，即期望轨迹航行。但是在船舶航行过程中不可避免地会受到风浪流等随机干扰的影响，船舶将偏离计划航迹，这样不但会消耗更多的能量，甚至会造成航行事故。因此，设计合理的航迹控制器使船舶保持航迹尽快地到达目的地具有重要意义。

目前存在的技术问题有：

当湖泊、河流和海面上风平浪静时候，无人船航行一般保持直线或者由直线组成的折线航路，这样时间最短、燃料消耗也最少。船舶航行时总会受到外界环境因素的影响，规划航行期望的路线时可以将其规划为动态的曲线，此时传统的视线法无法满足跟踪期望航线的需求。

发明内容

本发明提出的一种基于变参数视线法的无人船航迹控制方法，可至少解决上述技术问题之一。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于变参数视线法的无人船航迹控制方法，包括以下步骤，

首先建立有限时间内的船舶数学模型，通过回转试验求取模型参数，将系统改造成最佳二阶系统来设计航向控制器；

基于视线法实现船舶轨迹跟踪控制，根据当前坐标与目标航线的位置关系计算出船舶沿轨迹航行的视线角，将其与船舶航向角作差，得到目标航向角，进而得到目标舵角，并向下层发送命令，控制船舶运动，消除航迹误差，使得船舶向着期望轨迹方向驶进。

进一步的，具体包括以下步骤：

S1、建立有限时间内船舶模型；

S2、设计航向控制器；

S3、将不连续的节点映射到控制算法区间内；

S4、变参数视线法实现无人船航迹跟踪控制。

进一步的，所述S1、建立有限时间内船舶模型具体包括：

在有限时间内，将船舶当作一阶惯性模型，传递函数为其中K为增益系数，T为时间常数；

上述模型的阶跃响应输出峰值为A，输入的阶跃响应系数为K₁，系统输出则系统的放大系数K＝A/K₁；对一阶系统的阶跃响应进行拉普拉斯反变换得到时域信号c(t)＝1-e^-t/T；

船舶以设定速度直线航行达到稳定后，将舵转到设定舵角并保持不变，此时船舶进入回转状态。实时采集输出角速度与输入舵角数据，并分别绘制它们与试验时间的关系曲线，由于角速度与舵角之间满足此种关系即可计算出船舶在转弯时的模型参数K、T。

进一步的，所述S2、设计航向控制器具体包括，