[发明专利]一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法

摘要

本发明公开了一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法，其中作业船主要包括船体、侧桨、推进器和监控系统。监控系统包括控制单元、导航单元、避障单元、风浪监测单元、无线通信模块和电源系统。方法步骤包括：设定作业船的航行路线；检测作业船的工作状态；作业船运动状态的控制；作业船偏离航行路线的调整；作业船躲避障碍物的调整；作业船在目标点处稳定状态的保持。本发明通过使用变向可调速的推进器和对偶侧桨，利用控制单元控制其方向及转速，实现作业船在多种运动方式下的高效航行，同时使用传感器监测作业船运行状态，增强了作业船运动控制的灵活性，有效抵抗风和水流对作业船的影响，在风浪的干扰下使作业船于目标点处保持稳定。

主权项

一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法，其特征在于，所述的湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法基于作业船自动控制装置实现，所述的作业船主要包括船体(1)、安装在船体(1)的左右两侧船身的左、右侧桨(2‑1、2‑2)、安装在船体(1)尾处的推进器(3)和监控系统(4)；所述的监控系统(4)位于船体(1)上，包括控制单元(4‑1)、导航单元(4‑2)、避障单元(4‑3)、风浪监测单元(4‑4)、无线通信模块(4‑5)和电源系统(4‑6)；作业船的运动由对偶侧桨(2)和推进器(3)配合工作进行调节；推进器(3)是作业船的主推进器，推进速度可调；对偶侧桨(2)具有调向功能和推进器(3)具有调向功能，能够提供多方向推力；控制单元(4‑1)通过感知周围环境信息，包括实时航向角度信息、定位信息、风浪信息，同时根据事先预设的航行路线信息，经过控制单元的处理，输出信号控制作业船的推进器(3)和对偶侧桨(2)的推进方向和推进速度，从而控制作业船运动；所述的湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法，具体包括以下步骤：S1设定航行路线根据出船作业任务的需求，预先拟定出发点P0和多个目标点(P1,P2,…,Pn)，参考作业区域的地图，设定好作业船的航行路线获取航行路线的地理位置信息，即每顺序相邻两个目标点有一条小航行路线，所有小航行路线构成作业区域总的航行路线；根据作业区域实际情况，若添加的航行路线中需要转向，则在需转向的地方pk处，计算出作业船的转向角θk；‑S2检测作业船工作状态将作业船安运送到出发点P0处，检查船上各项设备是否正常运行；S3控制作业船运动S3‑1当作业船在出发点P0处核对完设备正常运行后，开启作业船的推进器(3)和对偶侧桨，推动作业船沿制定好的航行路线行进；S3‑2在作业船行进过程中，通过船上导航单元(4‑2)实时反馈位置信息p(t)，通过风浪监测单元(4‑4)实时获取作业船在水面受到的风速和水流速度控制单元(4‑1)根据预定航行路线、实时导航信息以及风浪信息，控制推进器(3)和对偶侧桨的运动方向和速度，在风浪扰动下实现作业船前进、平推、旋转多种运动方式下的航行，相应控制输出公式如下：y(θ1,θ2,θ3,n1,n2,n3)=x((L→1,L→2,...,L→n),p(t),v→f(t),v→s(t))]]>其中，y(·)为控制单元的输出；x(·)为控制单元的输入；θ1推进器的角度；θ2左侧桨的角度；θ3右侧桨的角度；n1推进器的转速；n2左侧桨的转速；n3右侧桨的转速；S3‑3在航行路线需转弯的pk处，根据计算好的转向角θk以及作业船导航单元实时测量的航向角θkc(t)，通过控制单元计算作业船需要转向的实际角度θkp(t)，计算公式为：θkp(t)＝θkc(t)‑θk根据实际角度以及感知的其他外部环境信息，输出控制信号调控推进器(2)和对偶侧桨的推进方向和速度；控制输出公式如下：y(θ1,θ2,θ3,n1,n2,n3)=x(θkp(t),(L→1,L→2,...,L→n),p(t),v→f(t),v→s(t))]]>调整船体转向，转向后的角度与预定航行路线角度相同；S4作业船偏航调整检测作业船是否偏离航行路线，若偏离路线则通过调整推进器和对偶侧桨的工作方式，使作业船返回航行路线，若未偏离则作业船继续行驶；S4‑1设置阈值范围T1，在作业船的运行中，每隔s秒钟，检测作业船的位置信息p(t)，计算该位置到航行路线的最短距离lt：lt=(xt-xlt)2+(yt-ylt)2]]>其中，(xt,yt)为点p(t)的位置信息，(xlt,ylt)为航行路线上距p(t)最近点的位置信息；S4‑2若lt≥T1，则作业船偏离航行路线，先调整作业船体的航向角度，使其与预定航行路线角度一致，再使作业船返回至预定航行路线最近的航行点处，最后使作业船继续沿航行路线前行；S4‑3若lt<T1，则作业船未偏离航行路线，作业船继续前行；S5作业船避障调整检测作业船前方是否存在障碍物，若有障碍物则通过调整推进器和对偶侧桨的工作方式，改变航行路线躲避障碍物，若没有则继续行驶；S6保持稳定状态作业船行驶至目标点处，通过推进器和对偶侧桨的配合工作，在风浪扰动下，保证作业船在目标点处稳定。