一种基于仿人智能控制器的无人艇航迹控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于仿人智能控制器的无人艇航迹控制方法及系统，涉及无人艇自动操舵控制领域，所述方法包括航迹控制条件、控制规则，包括无人艇航行在航行计划的左侧和无人艇航行在航行计划的右侧，直接计算得出指令舵角和操舵控制时间。本发明专利技术根据航迹偏差、航迹偏差变化速率等特征变量，直接控制操舵时间、计算指令舵角，使无人艇改变艇位置，采取等等、看看、调调，再等等、看看、调调无限循环的控制方法。由于不进行间接航向自动控制，因而舵的控制受风、浪、流的影响很小，操舵次数和操舵量可大大减少，使得本发明专利技术更实用、易用。易用。易用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿人智能控制器的无人艇航迹控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及无人艇自动操舵控制
，更具体的说是涉及一种基于仿人智能控制器的无人艇航迹控制方法及系统。

技术介绍

[0002]无人艇的航迹控制是指通过主控端发送航行计划、控制指令、航向及艇位等信息，达到无人艇按照航行计划行驶目的。
[0003]目前，无人艇通常通过以下方式实现航迹自动控制：
[0004]无人艇控制模块根据艇位置和航行计划计算航迹偏差量，进而计算出航向修正量，控制舵机转舵，改变航向，使无人艇按航行计划自动航行。这种控制方法，无人艇是按航迹控制计算得到的指令航向航行，为保持航迹，不断的改变指令航向间接控制航迹控制，这种间接航迹控制法在有风、浪、流等海洋环境干扰时，无人艇的航迹偏差误差较大，而且操舵次数多，操舵量大，从而导致舵机磨损加剧，能耗增加。
[0005]因此，如何提高无人艇航迹控制精度，减少操舵次数和操舵量，降低舵机损耗是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于仿人智能控制器的无人艇航迹控制方法及系统，使得操舵量减小、操舵次数减少，同时又保持较佳的航迹控制精度的直接航迹控制法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于仿人智能控制器的无人艇航迹控制方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1：采集无人艇特性数据、无人艇位置和航行计划；
[0010]步骤2：根据无人艇特性数据获得控制周期；
[0011]步骤3：根据无人艇位置和航行计划获得实时航迹偏差数据；
[0012]步骤4：根据控制周期和实时航迹偏差数据计算航迹偏差变化速率；
[0013]步骤5：根据航迹偏差变化速率和航迹控制约束，获得控舵时间和指令舵角。
[0014]优选的，根据无人艇特性数据确定仿人控制器控制航迹的控制周期，无人艇越小控制周期越小。
[0015]优选的，无人艇位置和航行计划的垂直距离作为航迹偏差，获得实时航迹偏差数据。
[0016]优选的，根据实时航迹偏差数据中的当前航迹偏差和前一控制周期的航迹偏差，计算获得航迹偏差变化率；航迹偏差变化率＝当前航迹偏差
‑
前一控制周期航迹偏差。
[0017]优选的，航迹偏差变化率表示为：
[0018][0019]其中，表示航迹偏差变化率；P
hn
表示当前航迹偏差；P
hn
‑1前一周期控制周期航
迹偏差。
[0020]优选的，航迹控制约束包括航迹控制条件和航迹控制规则；
[0021]航迹控制条件，当前航向与航行计划的航路方位夹角的绝对值小于60度，且当前航向指向使航迹偏差减小的方向；航迹偏差的绝对值小于偏差报警阈值；
[0022]航迹控制规则，包括无人艇航行在航行计划的左侧或者无人艇航行在航行计划的右侧时，根据无人艇相对航行计划的位置分别计算得出控舵时间和指令舵角。
[0023]优选的，根据当前航迹偏差和对应的当前航迹偏差变化率计算误差变化趋势，根据误差变化趋势调整指令舵角。误差变化趋势的绝对值越小，表明航迹偏差正在向偏差减小的方向变化，减小指令舵角的绝对值，使得航迹偏差绝对值减小，航迹偏差更为平缓；反之，增大指令舵角的绝对值，使得航迹偏差绝对值增大趋势变缓，直至航迹偏差绝对值进入减小趋势。
[0024]优选的，航迹控制约束采用产生式规则表示法，无人艇进入遥控航迹模式进行航迹控制时，分为无人艇航行在航行计划右侧和无人艇航行在航行计划左侧两种情况；
[0025]两种情况下，根据航迹偏差、航迹偏差变化率、航行计划当前航路方位角、无人艇实时航向、设定的偏差阈值和设定的变化率阈值，选择不同的航迹控制模式，计算指令舵角和控舵时间。
[0026]优选的，根据无人艇的速度系数、当前航速和调整权重计算指令舵角，表示为：
[0027]δ
c
＝a*c/v
[0028]其中，δ
c
表示指令舵角；a表示调整权重；c表示速度系数；v表示当前航速。
[0029]优选的，根据控制时间系数、航迹偏差变化率绝对值和设定常数计算控舵时间，表示为：
[0030][0031]其中，t0表示操舵控制输出时间；k1表示控制时间系数；表示航迹偏差变化率绝对值；b表示设定常数。
[0032]优选的，调整权重小于0表示左舵执行指令舵角，调整权重大于0表示右舵执行指令舵角。
[0033]一种基于仿人智能控制器的无人艇航迹控制系统，包括采集模块、数据处理模块和指令输出模块；
[0034]采集模块，采集无人艇特性数据、无人艇位置和航行计划；
[0035]数据处理模块，接收无人艇特性数据、无人艇位置和航行计划，根据无人艇特性获得控制周期，根据无人艇位置和航行计划获得实时航迹偏差数据，根据控制周期和实时航迹偏差数据计算航迹偏差变化速率；
[0036]指令输出模块，接收航迹偏差变化速率结合设定的航迹控制约束，计算控舵时间和指令舵角，并输出。
[0037]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于仿人智能控制器的无人艇航迹控制方法及系统，通过航迹偏差、航迹偏差变化速率等特征变量，应用航迹控制规则，直接计算出操舵控制时间和指令舵角，使无人艇改变艇位置，由于不进行间接航向自动控制，因而舵的控制受风、浪、流的影响很小，操舵次数和操舵量可大大减少，
使得本专利技术更实用、易用。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0039]图1附图为本专利技术提供的基于仿人智能控制器的无人艇航迹控制流程图；
[0040]图2附图为本专利技术提供的航迹偏差变化曲线图；
[0041]图3附图为本专利技术提供的基于仿人智能航迹控制操舵控制量示意图。
具体实施方式
[0042]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0043]实施例1
[0044]本专利技术实施例公开了一种基于仿人智能控制器的无人艇航迹控制方法，包括以下步骤：
[0045]S1：采集无人艇特性、无人艇位置和航行计划；
[0046]S2：根据无人艇特性获得控制周期；
[0047]S3：根据无人艇位置和航行计划获得实时航迹偏差数据；
[0048]S4：根据实时航迹偏差数据计算航迹偏差变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于仿人智能控制器的无人艇航迹控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集无人艇特性数据、无人艇位置和航行计划；步骤2：根据无人艇特性数据获得控制周期；步骤3：根据无人艇位置和航行计划获得实时航迹偏差数据；步骤4：根据控制周期和实时航迹偏差数据计算航迹偏差变化速率；步骤5：根据航迹偏差变化速率和航迹控制约束，获得控舵时间和指令舵角。2.根据权利要求1所述的一种基于仿人智能控制器的无人艇航迹控制方法，其特征在于，根据无人艇特性数据确定仿人控制器控制航迹的控制周期，无人艇越小控制周期越小。3.根据权利要求1所述的一种基于仿人智能控制器的无人艇航迹控制方法，其特征在于，无人艇位置和航行计划的垂直距离作为航迹偏差，获得实时航迹偏差数据。4.根据权利要求1所述的一种基于仿人智能控制器的无人艇航迹控制方法，其特征在于，根据实时航迹偏差数据中的当前航迹偏差和前一控制周期的航迹偏差，计算获得航迹偏差变化率；航迹偏差变化率＝当前航迹偏差
‑
前一控制周期航迹偏差。5.根据权利要求1所述的一种基于仿人智能控制器的无人艇航迹控制方法，其特征在于，航迹控制约束包括航迹控制条件和航迹控制规则；航迹控制条件，当前航向与航行计划的航路方位夹角的绝对值小于60度，且当前航向指向使航迹偏差减小的方向；航迹偏差的绝对值小于偏差报警阈值；航迹控制规则，包括无人艇航行在航行计划的左侧或者无人艇航行在航行计划的右侧时，根据无人艇相对航行计划的位置分别计算得出控舵时间和指令舵角。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱江涛，李军，陈景黄，沈东，邹文雄，官根华，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所九江分部，
类型：发明
国别省市：