无人艇路径跟踪控制方法、系统、存储介质及终端技术方案

本发明专利技术公开了一种无人艇路径跟踪控制方法、系统、存储介质及终端，其中，无人艇路径跟踪控制方法包括步骤：采集无人艇的第一位置信息和速度信息；根据第一位置信息和艏向控制器调整无人艇的转艏运动；根据速度信息和速度控制器调整无人艇的纵向运动；根据第一位置信息和艏向控制器调整无人艇的转艏运动包括以下步骤：根据第一位置信息和基于视线法原理创建的制导律生成无人艇在路径跟踪状态下的期望艏向角；基于过渡目标值函数和期望艏向角创建艏向控制器；将第一位置信息、期望艏向角输入艏向控制器生成控制力矩；根据控制力矩调整无人艇的转艏运动。本发明专利技术提供的无人艇路径跟踪控制方法、系统、存储介质及终端提高了跟踪精度、扩大了应用范围。

【技术实现步骤摘要】
无人艇路径跟踪控制方法、系统、存储介质及终端
本专利技术涉及无人艇航行控制
，尤其涉及一种无人艇路径跟踪控制方法、系统、存储介质及终端。
技术介绍
无人艇(unmannedsurfacevessel，简称USV)被广泛地应用于海洋生产活动中，尤其是在海洋资源调查、水质监测与采样、环卫等方面具有突出的优势。无人艇在执行以上任务时往往需要进行路径跟踪控制。在路径跟踪控制的过程中，控制系统在折线路径单元转折处会出现目标艏向角发生“骤变”的情形，但是无人艇本身具有较大惯性，执行机构存在长时滞的特性，导致其艏向在实际控制中很容易发生超调现象，从而影响路径跟踪控制的精度；此外现有路径跟踪控制方法对无人艇的数学模型依赖性强、动力控制器的设计形式复杂，难以扩大其应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无人艇路径跟踪控制方法、系统、存储介质及终端，用以降低现有无人艇路径跟踪控制方法中期望艏向角骤变时对精度的影响。本专利技术的上述目的可采用下列技术方案来实现：本专利技术提供一种无人艇路径跟踪控制方法，包括步骤：采集无人艇的第一位置信息和速度信息；根据所述第一位置信息和艏向控制器调整所述无人艇的转艏运动；根据所述速度信息和速度控制器调整所述无人艇的纵向运动；其中，所述根据所述第一位置信息和艏向控制器调整所述无人艇的转艏运动包括以下步骤：根据所述第一位置信息和基于视线法原理创建的制导律生成所述无人艇在路径跟踪状态下的期望艏向角；基于过渡目标值函数和所述期望艏向角创建艏向控制器；将所述第一位置信息、所述期望艏向角输入所述艏向控制器生成控制力矩；根据所述控制力矩调整所述无人艇的转艏运动。本专利技术的目的还可以采用以下的技术措施来进一步实现。优选的，其中，所述根据所述第一位置信息和基于视线法原理创建的制导律生成所述无人艇在路径跟踪状态下的期望艏向角的步骤包括以下步骤：在期望路径上创建多个航路点；在相邻两个所述航路点之间创建参考点；获取所述航路点的第二位置信息；根据所述第一位置信息和相邻两个所述航路点的第二位置信息生成所述参考点的第三位置信息；基于所述第一位置信息和所述第三位置信息生成所述期望艏向角。优选的，其中，所述基于过渡目标值函数和所述期望艏向角创建艏向控制器的步骤包括以下步骤：将所述期望艏向角输入所述过渡目标值函数生成目标艏向角；获取所述无人艇的艏向角信息；根据所述艏向角信息和所述目标艏向角生成参数修正信息；基于S面控制原理和所述参数修正信息创建所述艏向控制器。优选的，其中，所述过渡目标值函数包括期望艏向角骤增过渡函数和期望艏向角骤减过渡函数。优选的，其中，所述艏向控制器中还包括环境干扰补偿函数。优选的，其中，所述根据所述速度信息和速度控制器调整所述无人艇的纵向运动的步骤包括以下步骤：基于积分S面方法创建所述速度控制器；根据所述速度信息和所述速度控制器生成纵向控制力；根据所述纵向控制力调整所述无人艇的纵向运动。优选的，其中，所述根据所述控制力矩调整所述无人艇的转艏运动的步骤通过调整舵机的舵角进行；和/或所述根据所述纵向控制力调整所述无人艇的纵向运动的步骤通过调整推进器的转速进行。本专利技术的目的还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种系统，其中，包括：执行任一项前述的无人艇路径跟踪控制方法的步骤的模块。本专利技术的目的还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述存储介质是计算机可读存储介质，且所述程序被执行时实现任一项前述的无人艇路径跟踪控制方法。本专利技术的目的还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种终端，其中，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一项前述的无人艇路径跟踪控制方法。本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本专利技术提出的无人艇路径跟踪控制方法、系统、存储介质及终端至少具有下列优点及有益效果：1、采用过渡目标值函数对骤变的期望艏向角进行过渡处理，缓解了艏向误差的骤变对路径跟踪控制精度的影响；2、采用积分S面控制原理创建速度控制器，能够消除速度跟踪时产生的稳态误差；3、对艏向控制器和速度控制器进行解耦设计，从而降低其对无人艇的模型依赖性，且艏向控制器和速度控制器的结构形式简单、易实现。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一个实施例的无人艇路径跟踪控制方法的流程框图；图2是本专利技术一个实施例的无人艇路径跟踪控制方法的流程框图；图3是本专利技术一个实施例的无人艇路径跟踪控制方法的流程框图；图4是本专利技术一个实施例的无人艇路径跟踪控制方法的流程框图；图5是本专利技术一个实施例的无人艇路径跟踪控制方法的流程框图；图6是本专利技术一个实施例的终端的结构框图；图7是本专利技术一个实施例的期望艏向角的计算原理示意图；图8是本专利技术一个实施例的期望艏向角和目标艏向角的对比示意图；图9是本专利技术一个实施例的路径跟踪控制示意图。附图标记与说明：10000、终端；11000、存储器；11100、计算机程序；12000、处理器；ψlos、期望艏向角；ψd、期望艏向角；目标艏向角；P、无人艇；Pk-1(xk-1,yk-1)、位置坐标；Pk(xk,yk)、位置坐标；Pk+1(xk+1,yk+1)、位置坐标；Plos(xlos,ylos)、位置坐标；R、半径；αk-1、方位角；ye、偏航距离；Δ、前视距离；Rk、半径。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提出的无人艇路径跟踪控制方法、系统、存储介质及终端的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。虽然每个实施例代表了申请步骤的单一组合，但是本专利技术不同实施例的步骤可以替换，或者合并组合，因此本专利技术也可认为包含记载的相同和/或不同实施例中步骤的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含步骤A、B、C，另一个实施例包含步骤B和D的组合，那么本专利技术也视为包括含有A、B、C、D的一个或多个步骤的所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。实施方式一下面将结合附图，对本专利技术实施例提供的一种无人艇路径跟踪控制方法进行详细介绍本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人艇路径跟踪控制方法，其特征在于，包括步骤：/n采集无人艇的第一位置信息和速度信息；/n根据所述第一位置信息和艏向控制器调整所述无人艇的转艏运动；/n根据所述速度信息和速度控制器调整所述无人艇的纵向运动；/n其中，所述根据所述第一位置信息和艏向控制器调整所述无人艇的转艏运动的步骤包括以下步骤：/n根据所述第一位置信息和基于视线法原理创建的制导律生成所述无人艇在路径跟踪状态下的期望艏向角；/n基于过渡目标值函数和所述期望艏向角创建艏向控制器；/n将所述第一位置信息、所述期望艏向角输入所述艏向控制器生成控制力矩；/n根据所述控制力矩调整所述无人艇的转艏运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人艇路径跟踪控制方法，其特征在于，包括步骤：
采集无人艇的第一位置信息和速度信息；
根据所述第一位置信息和艏向控制器调整所述无人艇的转艏运动；
根据所述速度信息和速度控制器调整所述无人艇的纵向运动；
其中，所述根据所述第一位置信息和艏向控制器调整所述无人艇的转艏运动的步骤包括以下步骤：
根据所述第一位置信息和基于视线法原理创建的制导律生成所述无人艇在路径跟踪状态下的期望艏向角；
基于过渡目标值函数和所述期望艏向角创建艏向控制器；
将所述第一位置信息、所述期望艏向角输入所述艏向控制器生成控制力矩；
根据所述控制力矩调整所述无人艇的转艏运动。


2.根据权利要求1所述的无人艇路径跟踪控制方法，其特征在于，所述根据所述第一位置信息和基于视线法原理创建的制导律生成所述无人艇在路径跟踪状态下的期望艏向角的步骤包括以下步骤：
在期望路径上创建多个航路点；
在相邻两个所述航路点之间创建参考点；
获取所述航路点的第二位置信息；
根据所述第一位置信息和相邻两个所述航路点的第二位置信息生成所述参考点的第三位置信息；
基于所述第一位置信息和所述第三位置信息生成所述期望艏向角。


3.根据权利要求2所述的无人艇路径跟踪控制方法，其特征在于，所述基于过渡目标值函数和所述期望艏向角创建艏向控制器的步骤包括以下步骤：
将所述期望艏向角输入所述过渡目标值函数生成目标艏向角；
获取所述无人艇的艏向角信息；
根据所述艏向角信息和所述目标艏向角生成参数修正信息；
基于S面控制原理和所述参数修正信息创建...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢杨柳，曾江峰，胥凤驰，刘星辰，王千一，梁旭，李哲，王伟，郭晓晔，马向峰，董钉，韩玮，骆福宇，
申请(专利权)人：中国船舶工业系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11