一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法及装置，该方法包括：获取双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向；建立虚拟领航者

【技术实现步骤摘要】
一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及船舶工程
，尤其涉及一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法及装置。

技术介绍

[0002]随着对地球水源资源的不断探索，人类在水上活动存在着许多问题，如乱扔垃圾导致水面垃圾增多，对水下石油开采时出现石油泄漏事故，在水上作业时船舶失事需要进行救援等，人类的水上活动存在着破坏环境以及人员安全等问题。
[0003]在海上装备双无人化部署、协同作战、核生化污染物清除、海上搜救、海上溢油回收等特殊任务的需求下，2006年，Jimenez和Giron
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Sierria等人首次进行基于两艘双无人艇的围捕回收实验。
[0004]2015年，在上述研究基础上，Giron
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Sierria等人探讨利用双欠驱动双无人艇拖曳围油栏执行自主溢油回收任务，研究中采用领航跟随者的编队模式，目的是通过最少的信息传递解决两艘双无人艇间协同控制的问题，避免受到环境噪声的干扰。然而由于浮绳水动力矩和不确定环境的干扰，双无人船艇出现控制困难和拖曳分离问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法及装置，用以解决现有技术中浮绳水动力矩和不确定环境的干扰，双无人船艇出现控制困难和拖曳分离的问题。
[0006]为达到上述技术目的，本专利技术采取了以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法，包括：/>[0008]获取双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向；
[0009]建立虚拟领航者
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跟随者模型，根据虚拟领航者
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跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队；
[0010]根据双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角；
[0011]基于船舶三自由度模型，根据输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。
[0012]优选的，建立虚拟领航者
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跟随者模型，根据虚拟领航者
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跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队，包括：
[0013]通过变速视线算法确定虚拟领航者的制导航向，根据虚拟领航者的制导航向与虚拟领航者的航向角确定虚拟航向误差；
[0014]基于船舶三自由度模型，通过虚拟航向误差，控制虚拟领航者和虚拟跟随者沿着预设中心路径航行；
[0015]根据双无人船艇与虚拟跟随者的距离控制对双无人船艇进行垂直编队。
[0016]优选的，通过变速视线算法确定虚拟领航者的制导航向，根据虚拟领航者的制导航向与虚拟领航者的航向角确定虚拟航向误差，包括：
[0017]获取虚拟领航者在预设中心路径航行时的领航速度和横向误差；
[0018]根据纯追踪算法中前视距离函数，通过领航速度确定虚拟领航者的前视距离；
[0019]通过反馈控制，根据前视距离和横向误差确定虚拟制导航向。
[0020]优选的，根据双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，包括：
[0021]获取双无人船艇的实际航向和双无人船艇跟随虚拟跟随者的跟随航向；
[0022]根据双无人船艇的实际航向和跟随航向确定双无人船艇的实际航向误差；
[0023]查询船舶转向性能表，根据实际航向误差确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角。
[0024]优选的，基于船舶三自由度模型，根据输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体，包括：
[0025]根据双无人船艇的驱动力变化曲线和双无人船艇与虚拟跟随者的距离确定双无人船艇的驱动力；
[0026]根据双无人船艇的驱动力和输入力矩确定双无人船艇的航向角度；
[0027]根据双无人船艇的航向角度确定船舶纵荡方向驱动力；
[0028]基于船舶三自由度模型，根据船舶纵荡方向驱动力控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。
[0029]优选的，根据双无人船艇的驱动力变化曲线和双无人船艇与虚拟跟随者的距离确定双无人船艇的驱动力，包括：
[0030]当双无人船艇与虚拟跟随者的距离在预设区间内时，减小双无人船艇的驱动力；
[0031]当双无人船艇与虚拟跟随者的距离不在预设区间内时，增大双无人船艇的驱动力。
[0032]优选的，查询船舶转向性能表，根据实际航向误差确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，包括：
[0033]根据船舶转向性能表统计将双无人船艇的航向角改变预设角度时双无人船艇的输入力矩变化；
[0034]根据实际航向误差和双无人船艇的输入力矩变化确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角。
[0035]第二方面，本专利技术还提供了一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制装置，包括：
[0036]采集模块，用于获取双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向；
[0037]编队模块，用于建立虚拟领航者
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跟随者模型，根据虚拟领航者
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跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队；
[0038]计算模块，用于根据双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角；
[0039]跟随模块，用于基于船舶三自由度模型，根据输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。
[0040]第三方面，本专利技术还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，其中，
[0041]存储器，用于存储程序；
[0042]处理器，与存储器耦合，用于执行存储器中存储的程序，以实现上述任一种实现方式中的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法中的步骤。
[0043]第四方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的程序或指令，程序或指令被处理器执行时，能够实现上述任一种实现方式中的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法中的步骤。
[0044]采用上述实施例的有益效果是：本专利技术提供的一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法及装置，获取双无人船艇的航行信息，航行信息包括双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向，建立了虚拟领航者
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跟随者模型，通过虚拟领航者
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跟随者模型控制双无人船艇保持垂直编队，根据获取的双无人船艇的航行信息确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，再基于船舶三自由度模型，根据输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。本专利技术通过建立虚拟领航者
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跟随者模型让双无人船艇保持垂直编队，减小浮绳水动力矩对双无人船艇的影响，从而解决了无人船艇航向控制困难的问题；通过双无人船艇的航行信息确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，再基于船舶三自由度模型，依据航向误差和船舶转向性能自动调整无人船艇的力矩和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法，其特征在于，包括：获取双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向；建立虚拟领航者
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跟随者模型，根据所述虚拟领航者
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跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队；根据所述双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角；基于船舶三自由度模型，根据所述输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随所述虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。2.根据权利要求1所述的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法，其特征在于，所述建立虚拟领航者
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跟随者模型，根据所述虚拟领航者
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跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队，包括：通过变速视线算法确定所述虚拟领航者的制导航向，根据所述虚拟领航者的制导航向与虚拟领航者的航向角确定虚拟航向误差；基于所述船舶三自由度模型，通过所述虚拟航向误差，控制所述虚拟领航者和所述虚拟跟随者沿着预设中心路径航行；根据所述双无人船艇与所述虚拟跟随者的距离控制对双无人船艇进行垂直编队。3.根据权利要求2所述的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法，其特征在于，所述通过变速视线算法确定所述虚拟领航者的制导航向，根据所述虚拟领航者的制导航向与虚拟领航者的航向角确定虚拟航向误差，包括：获取虚拟领航者在所述预设中心路径航行时的领航速度和横向误差；根据纯追踪算法中前视距离函数，通过所述领航速度确定虚拟领航者的前视距离；通过反馈控制，根据所述前视距离和所述横向误差确定虚拟制导航向。4.根据权利要求2所述的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法，其特征在于，所述根据所述双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，包括：获取所述双无人船艇的实际航向和所述双无人船艇跟随所述虚拟跟随者的跟随航向；根据所述双无人船艇的实际航向和所述跟随航向确定双无人船艇的实际航向误差；查询船舶转向性能表，根据所述实际航向误差确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角。5.根据权利要求4所述的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法，其特征在于，所述基于船舶三自由度模型，根据所述输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随所述虚拟跟随者航行并拖曳目标物体，包括：根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：马勇，朱鹏祥，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：