基于事件触发的无人艇路径跟踪方法、无人艇控制平台技术

本发明专利技术属于无人艇路径跟踪技术领域，公开了一种基于事件触发的无人艇路径跟踪方法、无人艇控制平台，获取无人艇当前位置与参考位置的直线距离，无人艇当前方向与参考方向的角度差；选取适当长度，选取适当角度，即当船体偏离一定距离或偏离一定角度时，事件触发器触发，此时，无人艇的参考路径更新，并将传感器测得的数据传给控制器。本发明专利技术针对控制器与无人艇之间的通讯，建立一个事件触发机制，与现有的基于时间周期的算法相比较，可以在保证无人艇路径跟随的准确性的前提下减少求解优化问题的计算量，同时减少通讯次数，降低了通讯成本。

Path tracking method and control platform of unmanned boat based on event triggering

【技术实现步骤摘要】
基于事件触发的无人艇路径跟踪方法、无人艇控制平台
本专利技术属于无人艇路径跟踪
，尤其涉及一种基于事件触发的无人艇路径跟踪方法、无人艇控制平台。
技术介绍
目前，无人艇是一种响应快速灵活的高精度水面运动平台，以水面舰艇为支援平台，可长时间自主远程航行的无人智能设备。与常规舰船相比，无人艇的优点是吨位小、运输方便、速度快、机动灵活、造价低、环境适应能力强，在交通运输、军事行动、水文、航运、油气勘探与建设、海洋资料收集、科学技术等领域有着广泛的应用。在目标水域，无人艇可以通过无人遥控、按既定方案运行、自主运行等方式工作，在完全自主运行方式下，需要母船控制站实时发送控制信号给无人艇，大大增加了通讯成本。无人艇的动态定位与控制通常基于一个远程陆基/母船控制站。控制站与设备之间通过通信网络连接。无人艇在完全自主运行的方式下，将位置、速度、航向等信息实时发送给控制站，控制站接受信息后经过处理，将控制信号发回无人艇，无人艇在做出相应动作。控制站发送控制信号的方式大多为定时发送，大大增加了通讯成本。综上所述，现有技术存在的问题是：现有无人艇的动态定位与控制站发送控制信号的方式大多为定时发送，大大增加了通讯成本。解决上述技术问题的难度：为降低通讯成本，一般的设计思路为减少输入信号与输出信号的发送频率，但是该方法在降低通讯成本的同时，可能会导致无人艇控制效果下降。本设计在路径跟踪中引入了事件触发机制，既解决了降低通讯成本的问题，又不会使控制效果下降。解决上述技术问题的意义：现有的无人艇路径跟踪及控制器的设计中，还没有解决降低通讯成本并不影响控制效果的方法，而本设计就该问题提出了解决方案及路径跟踪思路，通过本专利，设计者可以在路径跟踪及控制器的设计中，加入事件触发机制，提高通讯效率，又不失原本的控制效果。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于事件触发的无人艇路径跟踪方法、无人艇控制平台。本专利技术是这样实现的，一种基于事件触发的无人艇路径跟踪方法，所述基于事件触发的无人艇路径跟踪方法包括以下步骤：第一步，获取无人艇当前位置与参考位置的直线距离，无人艇当前方向与参考方向的角度差；第二步，选取适当长度，选取适当角度，即当船体偏离一定距离或偏离一定角度时，事件触发器触发，此时，无人艇的参考路径更新，并将传感器测得的数据传给控制器。进一步，所述基于事件触发的无人艇路径跟踪方法的圆形路径的路径跟踪方法包括：无人艇的参考路径为随时间变化而变化，计算方法为：其中为计算得出的参考路径相对于坐标原点的横坐标，为计算得出的参考路径相对于坐标原点的纵坐标，为计算得出的参考路径船头方向相对于坐标系横轴正方向的夹角，r为参考路径的半径，α为计算得出的角度，β为选取的适当角度；无人艇当前位置与参考位置的直线距离为：无人艇当前方向与参考方向的角度差为事件触发的条件：|L|＞L0或|ψ|＞ψ0；L0选取适当长度，ψ0选取适当角度，当船体偏离一定距离或偏离一定角度时，事件触发器触发；无人艇的参考路径更新，并将传感器测得的数据传给控制器。进一步，所述基于事件触发的无人艇路径跟踪方法的直线路径的路径跟踪方法包括：无人艇的参考路径为随时间变化而变化，计算方法为：其中为计算得出的参考路径相对于坐标原点的横坐标，为计算得出的参考路径相对于坐标原点的纵坐标，为计算得出的参考路径船头方向相对于坐标系横轴正方向的夹角，r为参考路径的纵坐标，α为计算得出的角度，s为选取的适当距离；无人艇当前位置与参考位置的直线距离为：L＝n(t)-r；无人艇当前方向与参考方向的角度差为ψ＝αo；事件触发的条件：|L|＞L0或|ψ|＞ψ0；L0选取适当长度，ψ0选取适当角度，当船体偏离一定距离或偏离一定角度时，事件触发器触发；无人艇的参考路径更新，并将传感器测得的数据传给控制器。进一步，所述基于事件触发的无人艇路径跟踪方法的无人艇的状态空间模型：式中，x(t)＝[m(t)n(t)θ(t)vm(t)vn(t)vθ(t)]为船体位置和速度状态；其中，以无人艇的初始位置为坐标原点，正北方向为纵轴正方向，正东方向为横轴正方向，m(t)为当前时刻无人艇相对于坐标原点的横坐标，n(t)为无人艇相对于坐标原点的纵坐标，θ(t)为无人艇船头方向相对于坐标系横轴正方向的夹角，vm(t)为无人艇速度在坐标系横轴正方向的速度分量，vn(t)为无人艇速度在坐标系纵轴正方向的速度分量，vθ(t)＝dθ(t)/dt；u为两个推进器的控制输入；y为船体测量输出；ω(t)为无人艇的外部扰动；A、B、C、D为适当维数的矩阵；采用输出反馈控制器，则u(t)＝Hy(ti)+V；定义误差变量e(t)＝y(ti)-y(t),t∈[ti,ti+1]；控制律变为u(t)＝H(y(t)+e(t))+V＝H(Cx(t)+e(t))+V；则，无人艇的闭环控制系统为H、V为适当维数的矩阵。本专利技术的另一目的在于提供一种如所述基于事件触发的无人艇路径跟踪方法在交通运输中的应用。本专利技术的另一目的在于提供一种如所述基于事件触发的无人艇路径跟踪方法在水文勘探中的应用。本专利技术的另一目的在于提供一种如所述基于事件触发的无人艇路径跟踪方法在航运勘探中的应用。本专利技术的另一目的在于提供一种如所述基于事件触发的无人艇路径跟踪方法在建设、海洋资料收集中的应用。本专利技术的另一目的在于提供一种如所述基于事件触发的无人艇路径跟踪方法在科学技术资料收集中的应用。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述基于事件触发的无人艇路径跟踪方法的无人艇控制平台。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术针对控制器与无人艇之间的通讯，建立一个事件触发机制，与现有的基于时间周期的算法相比较，可以在保证无人艇路径跟随的准确性的前提下减少求解优化问题的计算量，同时减少通讯次数，降低了通讯成本。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于事件触发的无人艇路径跟踪方法的流程图。图2是本专利技术实施例提供的无人艇的状态空间模型运行原理图。图3是本专利技术实施例提供的圆形路径的路径跟踪示意图。图4是本专利技术实施例提供的直线路径的路径跟踪示意图。图5是本专利技术实施例提供的无事件触发的圆形路径跟踪效果图。图6是本专利技术实施例提供的基于事件触发的圆形路径跟踪效果图。图7是本专利技术实施例提供的无事件触发的直线路径跟踪效果图。图8是本专利技术实施例提供的基于事件触发的直线路径跟踪效果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于事件触发的无人艇路径跟踪方法、无人艇控制平台本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于事件触发的无人艇路径跟踪方法，其特征在于，所述基于事件触发的无人艇路径跟踪方法包括以下步骤：/n第一步，获取无人艇当前位置与参考位置的直线距离，无人艇当前方向与参考方向的角度差；/n第二步，选取长度和角度，当船体偏离距离或偏离角度时，事件触发器触发，此时，无人艇的参考路径更新，并将传感器测得的数据传给控制器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于事件触发的无人艇路径跟踪方法，其特征在于，所述基于事件触发的无人艇路径跟踪方法包括以下步骤：
第一步，获取无人艇当前位置与参考位置的直线距离，无人艇当前方向与参考方向的角度差；
第二步，选取长度和角度，当船体偏离距离或偏离角度时，事件触发器触发，此时，无人艇的参考路径更新，并将传感器测得的数据传给控制器。


2.如权利要求1所述的基于事件触发的无人艇路径跟踪方法，其特征在于，所述基于事件触发的无人艇路径跟踪方法的圆形路径的路径跟踪方法包括：
无人艇的参考路径为随时间变化而变化，计算方法为：



其中为计算得出的参考路径相对于坐标原点的横坐标，为计算得出的参考路径相对于坐标原点的纵坐标，为计算得出的参考路径船头方向相对于坐标系横轴正方向的夹角，r为参考路径的半径，α为计算得出的角度，β为选取的适当角度；
无人艇当前位置与参考位置的直线距离为：
无人艇当前方向与参考方向的角度差为
事件触发的条件：|L|＞L0或|ψ|＞ψ0；
L0选取适当长度，ψ0选取适当角度，当船体偏离一定距离或偏离一定角度时，事件触发器触发；无人艇的参考路径更新，并将传感器测得的数据传给控制器。


3.如权利要求1所述的基于事件触发的无人艇路径跟踪方法，其特征在于，所述基于事件触发的无人艇路径跟踪方法的直线路径的路径跟踪方法包括：
无人艇的参考路径为随时间变化而变化，计算方法为：



其中为计算得出的参考路径相对于坐标原点的横坐标，为计算得出的参考路径相对于坐标原点的纵坐标，为计算得出的参考路径船头方向相对于坐标系横轴正方向的夹角，r为参考路径的纵坐标，α为计算得出的角度，s为选取的适当距离；
无人艇当前位置与参考位置的直线距离为：L＝n(t)-r；
无人艇当前方向与参考方向的角度差为ψ＝αo；
事件触发的条件：|L|＞L0或|ψ|＞ψ0；
L0选取适当长度，ψ0选取适当角度，当船体偏离一定距离或偏离一定角度时，事件触发器触发；无人艇的参考路径更新，并将传感器测得的数据传给控制器。


4.如权利要求1所述的基于事件触发的无人艇路径跟踪方法，其特征在于，所述基于事件触发的无人艇路径跟踪方法的无人艇的状态空间模型：



式中，x(t)＝[m(t)n(t)θ(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：王友清，蔺心爽，郭威伦，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37