[发明专利]全局一致渐进路径跟踪引导控制方法

摘要

本发明公开了一种全局一致渐进路径跟踪引导控制方法，其特征在于，包括：读入当前船舶姿态、当前航路点和下一个航路点；判断是否达到下一个路航点；若是，则调用引导系统模块算法，更新航路点坐标和目标路径，计算实时期望航向角；若否，则调用引导系统模块算法，保持当前目标路径，计算实时期望航向角；调用控制系统模块算法，计算船舶相应的转艏力矩和纵向力。本发明的有益效果是：根据上面所提到的控制器方法和引导系统的两种方法的结合，这种串联的结合驱使船舶渐进地追踪期望的航向和估计外部扰动，并使得船舶保持的目标航线，实现高精度定位。

主权项

1.一种全局一致渐进路径跟踪引导控制方法，其特征在于，包括：读入当前船舶姿态、当前航路点和下一个航路点；判断是否达到下一个路航点；若是，则调用引导系统模块算法，更新航路点坐标和目标路径，计算实时期望航向角；若否，则调用引导系统模块算法，保持当前目标路径，计算实时期望航向角；调用控制系统模块算法，计算船舶相应的转艏力矩和纵向力；所述计算实时期望航向角包括步骤：(1)在引导系统中，对轨迹追踪横向误差进行积分并自适应改变积分增益；(2)利用(1)实时在线计算船舶期望航向角度，同时对船舶进行侧滑角补偿：假设船舶的操纵人员通过人机界面或者其他输入设备确定一系列航路点{p1(x1，y1)......pi(xi，yi)......pn(xn，yn)，2≤i≤n}，要求船舶以某种角度航行通过上述航路点或者以尽可能接近上述航路点时再转向，同时，两个航路点之间要求船舶以直线的方式航行；首先，定义追踪误差σ：若船舶当前位置是p(x，y)，那么有其中，s(t)是纵向追踪误差，e(t)＝‑(x‑x_i)sinψ+(y‑y_i)cosψ是横向追踪误差，无论船舶偏离目标航线，还是恰好航行在目标航线上，都要求利用视野线法进行引导控制；在传统的视野线法(line‑of‑sight，简称LOS)是：其中e是横向追踪误差，Δ是根据船舶长度而设定的预设值；此时，要求船舶的航向能够与目标航线相一致，为此，在常值扰动下对船舶的期望艏向角度进行补偿：ψ_d＝ψ_k+ψ_LOS‑β，β＝χ‑ψ＝atan2(w，u)，其中ψ_k是目标航线的角度，u是船舶纵向速度，w是船舶横荡速度，当在缺少测量横荡速度w的条件下，利用改进的视野线法‑自适应变积分增益视野线法进行侧滑角补偿，即该方法表达式：根据前者可以看出积分增益是根据纵向追踪误差自适应调节增益值的，则有期望航向角是：χ_d＝ψ_k+ψ_mILOS，其中P_k：第k个航路点，ψ：艏向角，K_p＝1/Δ＞0，p：p＞0是一个设计参数，χ：船艏合成速度w与正北向的交角，y_e：偏差e的积分项。