CN103048997A - 一种无缆自治水下航行体的航迹控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无缆自治水下航行体的航行控制技术，控制方法包括：计算水下航行体当前位置到规划路径的距离ΔS；将距离ΔS带入PID算法得到航行路径偏移量的控制量ΔS控制；计算水下航行体到达目标点的航向控制量ΔH控制；将控制量ΔS控制与航向控制量ΔH控制的和作为总控制量，根据水下航行体的推进器布置情况将控制量分配至各螺旋桨电机，实现水下航行体的航迹控制。本发明可在有海流的情况下实现无缆自治水下航行体的精确航迹控制，稳定航行时AUV实际航迹距规划航路的距离可控制在2米以内，为无缆自治水下航行体精确完成航迹跟踪任务提供航行保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种无缆自治水下航行体（AUV,Autonomous UnderwaterVehicle）的航行控制技术，具体地说是无缆自治水下航行体的航迹控制方法，主控计算机采用适当的控制方法，使无缆自治水下航行体可以准确地沿着规划的路径航行。
背景技术
以往的无缆自治水下航行体通常采用目标点闭环的方式来按预定航路航行，即目标航向角始终指向航行目标点，如图1所示，图中AB表示规划的路径，B为航行路径目标点，L表示AUV在静水水域航行时的航迹，L1表示在有海流情况下，以往的目标点闭环控制方法所实现的航迹；如果按照该航迹航行，水下航行体就会在海流的作用下偏离规划路径，无法完成航迹精确跟踪任务，例如，在狭窄水域航行或海底地形地貌的全覆盖探测时，就要求无缆自治水下航行体严格按照规划的航路航行。
发明内容
为了克服目前无缆自治水下航行体航迹精确跟踪控制方面的不足，本发明提供了一种无缆自治水下航行体的航迹精确跟踪控制方法。
本发明采用的技术方案是：一种无缆自治水下航行体的航迹控制方法，包括以下步骤：
计算水下航行体的航行路径偏移量ΔS；将ΔS带入PID算法得到航行路径偏移量的控制量ΔS控制；计算水下航行体到达航行路径目标点的航向控制量ΔH控制；将控制量ΔS控制与航向控制量ΔH控制的和作为航向角的总控制量，根据水下航行体的推进器布置情况将控制量分配至各螺旋桨电机，实现水下航行体的航迹控制。
所述计算水下航行体的航行路径偏移量ΔS为水下航行体的当前位置到规划路径的距离。
所述计算水下航行体到达目标点的航向控制量ΔH控制采用PID控制算法，目标值为到达规划路径目标点的航向角，反馈值为实时测量的航向角，将二者的差带入到PID控制算法得到控制量ΔH控制。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明采用的无缆自治水下航行体的航迹精确跟踪控制方法可在有海流的情况下实现无缆自治水下航行体的精确跟踪航迹控制，稳定航行时AUV实际航迹距规划航路的距离可控制在2米以内，为无缆自治水下航行体完成精确航迹跟踪任务提供保障。
2.在有海流的情况下，保证无缆自治水下航行体高精度地按照预定航路航行。
3.本发明方法简单可行，工作可靠，可有效提高高海流条件下自治水下航行体的航迹跟踪精度。
附图说明
图1是本发明的水下航行体航行路径示意图；
图2是目标定向航向角控制方框图；
图3是精确航路控制方框图；
图4是精确航路控制程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
（1）计算AUV当前位置到规划路径（直线）的垂直距离ΔS，即AUV目前沿规划航线航行的偏差ΔS；
（2）计算出AUV航行路径偏移量的控制量ΔS控制。
采用PID算法计算出AUV航行路径偏移量的控制量ΔS控制标准的PID算法如下：
为了易于在计算机中实现，我们将上述公司离散化，离散后的PID控制算法为：
上述中，Kp、Ki、Kd分别为比例、积分、微分系数，需要根据整个系统的特性进行选取，ΔS为AUV当前位置到规划路径的距离偏差，ΔSK为第K拍控制周期AUV当前位置到规划路径的距离偏差。
（3）计算AUV到达目标点的航向控制量ΔH控制
为了到达目的地，AUV在航行过程中，需要不断调整航向角。航向角的控制框图如图2所示。
图2中H0表示到达本段路径目标点的航向角，H表示安装在AUV上的航向传感器测量的实时航向角，ΔH表示到达目标点航向角的误差。
计算AUV到达目标点的航向控制量。首先计算AUV到达本段路径目标点的航向，即目标航向；然后计算航向的偏差量，即目标航向-当前航向；然后采用PID控制算法计算AUV到达目标点的航向控制量ΔH控制。
（4）将控制量ΔS控制引入到航向控制中
将上述计算的控制量ΔS控制引入到航向控制回路中，如图3所示，即可实现精确的航路控制。
图3中“ΔH控制+ΔS控制”表示沿精确航迹航行的航向角总控制量。
然后，将航向角总控制量根据各电机的位置进行推力分配，得到各电机的控制量，使电机带动螺旋桨转动到目标航向角度，实现航迹航行的精确控制。
在主控计算机上，采用实时多用户操作系统下的C语言编程，可实现上述的AUV精确航路控制，其程序流程如图4所示。
Claims (3)
1.一种无缆自治水下航行体的航迹控制方法，其特征在于包括以下步骤：
计算水下航行体的航行路径偏移量ΔS；将ΔS带入PID算法得到航行路径偏移量的控制量ΔS控制；计算水下航行体到达航行路径目标点的航向控制量ΔH控制；将控制量ΔS控制与航向控制量ΔH控制的和作为航向角的总控制量，根据水下航行体的推进器布置情况将控制量分配至各螺旋桨电机，实现水下航行体的航迹控制。
2.根据权利要求1所述的一种无缆自治水下航行体的航迹控制方法，其特征在于：所述计算水下航行体的航行路径偏移量ΔS为水下航行体的当前位置到规划路径的距离。
3.根据权利要求1所述的一种无缆自治水下航行体的航迹控制方法，其特征在于：所述计算水下航行体到达目标点的航向控制量ΔH控制采用PID控制算法，目标值为到达规划路径目标点的航向角，反馈值为实时测量的航向角，将二者的差带入到PID控制算法得到控制量ΔH控制。
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