基于跟随领航者法的航速航向协同控制编队航行控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于跟随领航者法的航速航向协同控制编队航行控制方法，与常规的编队航行控制方法相比，航速航向控制具有明确的控制任务分工，物理意义明确，克服了人工势场法不能解决队形保持的控制问题，具有很强的工程操作性和实施性，无需人工干预，可广泛用以解决于无人值守环境下的船舶编队航行控制问题，尤其适用于水面靶场、高危水域等场合的船舶编队航行需要，具体地通过在编队形成过程中加入速度和航向控制约束，适用于编队控制中的队形形成和队形保持控制，具有很强的工程操作性和实施性，无需人工干预，可广泛用以解决于无人值守环境下的船舶编队航行控制问题，尤其适用于水面靶场、高危水域等场合的船舶编队航行需要。

Speed of course leader follower method coordination control of formation navigation control method based on

The invention discloses a cooperative formation control speed of course leader follower method based on navigation control method, compared with the conventional formation navigation control method, speed control and heading control control tasks with a clear division of labor, clear physical meaning, to overcome the artificial potential field method can not solve the control problem of maintaining formation, with a strong engineering operation and the implementation of, without manual intervention, can be widely used in ship formation to solve unattended environment control problems, especially suitable for surface ship formation range, high risk situations need to navigate the waters, specifically by controlling the speed and heading into constraints on the process of forming formation, suitable for formation control the formation and formation keeping control, with a strong engineering operation and implementation, without manual intervention, can be widely used to solve in The formation control problem of ship formation in manned environment is especially suitable for ship formation navigation in water surface range and high risk water area.

【技术实现步骤摘要】
基于跟随领航者法的航速航向协同控制编队航行控制方法
本专利技术涉及一种基于跟随领航者法的航速航向协同控制编队航行控制方法，属于船舶自动控制

技术介绍
多智能体的编队协同控制问题，是机器人和船舶智能控制领域的研究热点。编队控制包括编队方法、队形形成控制和队形保持控制三方面内容。编队方法解决了多智能体以何种队形同步航行的问题。队形形成控制是将多只船从开始的随机位置形成规定的整体队形的过程。队形保持控制是整体队形形成后，如何实现队形不再错乱的控制过程。目前，编队航行控制尚处于理论研究阶段，对于多机器人编队问题的研究主要有以下方法：Leader-follower法(跟随领航者法)、人工势函数法等。其中，Leader-follower法是一种编队方法，不解决如何形成编队的问题。人工势函数法主要用于解决队形形成控制，无法队形保持控制。而常规的Leader-Follower法和人工势场法，从控制机理上决定了仅能实现船舶位置收敛控制，而无法在期望位置点上实现领航者和跟随者的航速航向一致性同步控制，导致无法以稳定编队状态同步航行，因此只能实现船舶编队的队形形成控制，而无法实现后续的队形保持控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于跟随领航者法的航速航向协同控制编队航行控制方法，其特征是，所述船舶编队包括领航者和跟随者，领航者的速度和航向记为(V1,ψ1)，跟随者的速度和航向记为(V2,ψ2)，其中：领航者的航行控制方法包括如下步骤：步骤1‑1)设置领航者需要跟踪(T11,T12)航迹点序列，其中，T11的坐标记为(xd1,yd1)，T12的坐标记为(xd2,yd2)，并计算目标航线角ψd；步骤1‑2)计算领航者距离目标航线T11‑T12的垂直距离d11；步骤1‑3)获取船舶的当前航向角ψ1，通过航向角ψ1与目标航线角ψd之间的偏差，计算出舵角控制回路的期望舵角δc；步骤1‑4)通过舵角传感器获取船舶的舵角信息，...

【技术特征摘要】
1.一种基于跟随领航者法的航速航向协同控制编队航行控制方法，其特征是，所述船舶编队包括领航者和跟随者，领航者的速度和航向记为(V1,ψ1)，跟随者的速度和航向记为(V2,ψ2)，其中：领航者的航行控制方法包括如下步骤：步骤1-1)设置领航者需要跟踪(T11,T12)航迹点序列，其中，T11的坐标记为(xd1,yd1)，T12的坐标记为(xd2,yd2)，并计算目标航线角ψd；步骤1-2)计算领航者距离目标航线T11-T12的垂直距离d11；步骤1-3)获取船舶的当前航向角ψ1，通过航向角ψ1与目标航线角ψd之间的偏差，计算出舵角控制回路的期望舵角δc；步骤1-4)通过舵角传感器获取船舶的舵角信息，计算当前舵角值与步骤1-3)计算得到的期望舵角之间的偏差，再利用船舶上的舵角执行机构调整船舶舵的方位；跟随者控制方法包括如下步骤：步骤2-1)跟随者接收领航者的位置、航向角ψ1和速度V1信息；步骤2-2)根据领航者的位置和跟随者自身的位置信息，根据编队队形形状计算跟随者距离期望位置T21的横向距离误差d21和纵向距离误差d22，无需计算T21的具体坐标值；步骤2-3)计算跟随者的驱动速度V2，其中，V2是与纵向距离误差d22和V1有关的函数，当d22→0时，V2→V1；步骤2-4)计算跟随者的驱动航向ψ2，其中，ψ2是与横向距离误差d21和ψ1有关的函数，当d21→0时，ψ2→ψ1；步骤2-5)通过控制油门和舵角使d22→0和d21→0，跟随者的航速和航向将随之收敛于(V1,ψ1)，即跟随者的速度和航向与领航者保持一致，从而实现编队航行队形形成和保持控制。2.根据权利要求1所述的一种基于跟随领航者法的航速航向协同控制编队航行控制方法，其特征是，所述步骤1-1)中目标航线角ψd的计算公式为其中，为目标航线角ψd的过渡计算变量，c为船舶目标点T11、目标点T12与地心所构成的地...

【专利技术属性】
技术研发人员：于瑞亭，冯志强，郑宗贵，
申请(专利权)人：南京长峰航天电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32