无人船纠偏方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及无人船纠偏技术领域，涉及一种无人船纠偏方法及系统。本发明专利技术方法包括定位平台输出无人船的当前坐标、航向角与当前速度，云端管理平台输出无人船的规划运动轨迹，通过Stanley算法计算获得无人船的期望速度与角速度，陀螺仪输出无人船的当前角速度，通过极点配置算法计算获得无人船的打舵角度与电机转速，动力系统进行纠偏控制。本发明专利技术方法具有操作简洁、计算量小、实时性高、对于船体计算机计算性能要求低、性能稳定可靠等优点，且本方法不需要对船体动力学精确建模，克服了许多控制算法需要对船体动力学精确建模的缺陷，尤其适用于水浪作用导致精确建模困难的应用场景。用于水浪作用导致精确建模困难的应用场景。用于水浪作用导致精确建模困难的应用场景。

【技术实现步骤摘要】
无人船纠偏方法及系统


[0001]本专利技术涉及无人船纠偏
，尤其涉及一种无人船纠偏方法及系统。

技术介绍

[0002]无人船是一种无需遥控，借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面智能机器人，目前已广泛应用于环保监测、科研勘探、水下测绘、搜索救援、安防巡逻等领域。具备任务航线规划、自主避障算法，并配以多参数监测传感器及环境治理设备的无人船能够自主实现水文水质监测作业、避障导航、污染追踪报警、环境治理等多类功能。
[0003]目前无人船常用的姿态解算算法和控制算法(纠偏算法)大多计算量大，实时性较差，且对于船体计算机的计算性能要求较高，性能稳定性欠佳。此外，许多控制算法需要对船体动力学精确建模，而船在水浪的作用下姿态非常不稳定，导致其动力学模型参数不稳定，从而无法建立起精确的被控对象模型，阻碍了控制算法的实施。

技术实现思路

[0004](一)专利技术目的
[0005]为了克服目前无人船控制算法(纠偏算法)具有的上述缺点，本专利技术提供了一种操作简洁、计算量小、实时性高、对于船体计算机计算性能要求低、性能稳定可靠，且不需要对船体动力学精确建模的无人船纠偏方法及系统。
[0006](二)技术方案
[0007]为了解决上述问题，我们在无人船纠偏方法及系统中引入了Stanley算法和极点配置算法。
[0008]Stanley算法针对的是输入的无人船规划轨迹，以及当前船只的坐标和航向角，根据偏航误差和角度误差，计算获得无人船的期望速度和角速度。在本专利技术中，基于无人船能够根据预设轨迹实现自动航行的特点，我们通过云端管理平台预先输出了无人船规划运动轨迹，同时利用差分GPS数据和定位板卡获得了无人船的当前坐标与航向角信息，利用Stanley算法对上述信息进行处理，获得了无人船的期望速度与角速度。
[0009]进一步，我们将Stanley算法获得的无人船期望速度与角速度输入至运算控制模块，同时输入的还有陀螺仪输出的无人船当前角速度信息和定位平台输出的无人船当前速度信息，然后利用极点配置算法计算并输出无人船的打舵角度与电机转速，并将该信息发送至动力系统进行船体运动的纠偏控制。本专利技术中使用的极点配置算法使用线性系统对船体动力学建模，采用船体状态作为反馈信号，并构建反馈增益矩阵，通过调试该反馈增益矩阵，实现船体控制系统的快速收敛，其主要的优点在于不需要对船体动力学精确建模。相比而言，现有的无人船控制算法(纠偏算法)大多需要对船体动力学精确建模，而船在水浪的作用下姿态非常不稳定，导致其动力学模型参数不稳定，从而无法建立起精确的被控对象模型，阻碍了控制算法的实施。
[0010]当船体运动后产生了新的位置与航向时，实时计算并重复上述过程即可实现对无人船的纠偏与控制，因此，本专利技术方法可同时实现无人船纠偏与巡航的双重作用。
[0011]具体而言，第一方面，本专利技术提供了一种无人船纠偏方法，所述方法包括：
[0012]S1：定位平台获取并输出无人船的当前坐标与航向角；
[0013]S2：云端管理平台输出无人船的规划运动轨迹；
[0014]S3：根据上述无人船的当前坐标、航向角与规划运动轨迹，计算获得无人船的期望速度与角速度；
[0015]S4：定位平台获取并输出无人船的当前速度；
[0016]S5：陀螺仪获取并输出无人船的当前角速度；
[0017]S6：根据上述无人船的当前速度、当前角速度，以及无人船的期望速度与角速度，计算获得无人船的打舵角度与电机转速；
[0018]S7：根据上步计算获得的无人船打舵角度与电机转速，动力系统进行纠偏控制。
[0019]进一步地，本专利技术无人船纠偏方法S1中所述定位平台由千寻系统、定位板卡和定位天线组成。
[0020]进一步地，本专利技术无人船纠偏方法S1中所述无人船的当前坐标与航向角是利用差分GPS数据和定位板卡获得的。
[0021]进一步地，本专利技术无人船纠偏方法S3中所述无人船的期望速度与角速度通过Stanley算法计算获得。
[0022]进一步地，上述无人船纠偏方法中所述Stanley算法是根据输入的无人船规划运动轨迹、以及无人船的当前坐标与航向角，依据偏航误差和角度误差，计算获得无人船的期望速度与角速度。
[0023]进一步地，本专利技术无人船纠偏方法S6中所述无人船的打舵角度与电机转速通过极点配置算法计算获得。
[0024]进一步地，上述无人船纠偏方法中所述极点配置算法使用线性系统对船体动力学建模，采用船体状态作为反馈信号，并构建反馈增益矩阵，通过调试该反馈增益矩阵，实现船体控制系统的快速收敛。
[0025]第二方面，本专利技术提供了一种无人船纠偏系统，所述系统包括：
[0026](1)定位平台：用于获取并输出无人船的当前坐标与航向角，以及获取并输出无人船的当前速度；
[0027](2)云端管理平台：用于输出无人船的规划运动轨迹；
[0028](3)Stanley算法模块：用于根据无人船的当前坐标、航向角与规划运动轨迹，计算获得无人船的期望速度与角速度；
[0029](4)陀螺仪：用于获取并输出无人船的当前角速度；
[0030](5)极点配置算法模块：用于根据无人船的当前速度、当前角速度，以及无人船的期望速度与角速度，计算获得无人船的打舵角度与电机转速；
[0031](6)动力系统：用于根据无人船的打舵角度与电机转速信息，对无人船进行纠偏控制；
[0032]上述各组件执行上述无人船纠偏方法。
[0033]进一步地，上述无人船纠偏系统中所述定位平台由千寻系统、定位板卡和定位天
线组成。
[0034]此外，本专利技术还涉及上述无人船纠偏方法及系统在无人船生产中的用途。
[0035](三)有益效果
[0036](1)本专利技术方法中引入了Stanley算法，使得本方法操作简洁、计算量小、实时性高、对于船体计算机计算性能要求低、性能稳定可靠。
[0037](2)本专利技术方法不需要对船体动力学精确建模，从而克服了许多控制算法需要对船体动力学精确建模的缺陷，尤其适用于水浪作用导致精确建模困难的应用场景。
[0038](3)本专利技术方法中引入了极点配置算法，使用线性系统对船体动力学建模，采用船体状态作为反馈信号，并构建反馈增益矩阵，通过调试该反馈增益矩阵，实现了船体控制系统的快速收敛。
[0039](4)当船体运动后产生了新的位置与航向时，重复本专利技术方法即可实现对无人船的纠偏与控制，同时实现了无人船纠偏与巡航的双重作用。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面对实施例描述中需要使用的附图作简要介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本专利技术中记载的一些实施例，而不是全部实施例，对于本领域技术人员来讲，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。
[0041]图1为本专利技术无人船纠偏方法的总体流程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人船纠偏方法，其特征在于，所述方法包括：S1：定位平台获取并输出无人船的当前坐标与航向角；S2：云端管理平台输出无人船的规划运动轨迹；S3：根据上述无人船的当前坐标、航向角与规划运动轨迹，计算获得无人船的期望速度与角速度；S4：定位平台获取并输出无人船的当前速度；S5：陀螺仪获取并输出无人船的当前角速度；S6：根据上述无人船的当前速度、当前角速度，以及无人船的期望速度与角速度，计算获得无人船的打舵角度与电机转速；S7：根据上步计算获得的无人船打舵角度与电机转速，动力系统进行纠偏控制。2.根据权利要求1所述的无人船纠偏方法，其特征在于，S1中所述定位平台由千寻系统、定位板卡和定位天线组成。3.根据权利要求1所述的无人船纠偏方法，其特征在于，S1中所述无人船的当前坐标与航向角是利用差分GPS数据和定位板卡获得的。4.根据权利要求1所述的无人船纠偏方法，其特征在于，S3中所述无人船的期望速度与角速度通过Stanley算法计算获得。5.根据权利要求4所述的无人船纠偏方法，其特征在于，所述Stanley算法是根据输入的无人船规划运动轨迹、以及无人船的当前坐标与航向角，依据偏航误差和角度误差，计算获得无人船的期望速度与角速度。6.根据权利要求1所述的无人船纠偏方法，其特征在于，S6中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔佳炜，高晓华，季永中，张迪，
申请(专利权)人：苏州庄舟智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：