一种无人艇航迹跟踪系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112764432A(43)申请公布日2021.05.07(21)申请号201910999622.2(22)申请日2019.10.21(71)申请人上海大学地址200444上海市宝山区上大路99号(72)发明人王玉龙毕振义汪小帆彭晨顾立雯(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569代理人刘凤玲(51)Int.Cl.G05D1/12(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称一种无人艇航迹跟踪系统及方法(57)摘要本发明提出了一种无人艇航迹跟踪系统及方法。所述跟踪系统包括全球定位系统、航姿测量仪、总线工业电脑、可编程逻辑控制器和电机驱动器；通过全球定位系统测量无人艇的位置信息，通过航姿测量仪测量无人艇的航向及航姿信息；通过总线工业电脑根据无人艇跟踪的目标航迹、所述位置信息和航向及航姿信息采用反推控制算法生成航迹跟踪指令，通过可编程逻辑控制器根据所述航迹跟踪指令产生电机差速控制指令；通过电机驱动器根据所述电机差速控制指令控制左驱动电机和右驱动电机转动，调整无人艇航向，以进行目标航迹的跟踪。本发明实现了自动调整无人艇航向，进行无人艇航迹的自动跟踪，减小无人艇航迹的偏离。CN112764432ACN112764432A权利要求书1/3页1.一种无人艇航迹跟踪系统，其特征在于，所述跟踪系统包括：全球定位系统、航姿测量仪、总线工业电脑、可编程逻辑控制器和电机驱动器；所述全球定位系统、所述航姿测量仪分别与所述总线工业电脑连接，所述全球定位系统用于测量无人艇的位置信息，并将所述位置信息发送给所述总线工业电脑，所述航姿测量仪用于测量无人艇的航向及航姿信息，并将所述航向及航姿信息发送给所述总线工业电脑；所述总线工业电脑与所述可编程逻辑控制器连接，所述总线工业电脑用于根据无人艇跟踪的目标航迹、所述位置信息和航向及航姿信息采用反推控制算法生成航迹跟踪指令，并将所述航迹跟踪指令发送给所述可编程逻辑控制器；所述航迹跟踪指令包括用于产生电机差速控制指令的纵荡力和艏摇力；所述可编程逻辑控制器与所述电机驱动器连接，所述可编程逻辑控制器用于根据所述航迹跟踪指令产生电机差速控制指令，并将所述电机差速控制指令发送给所述电机驱动器；所述电机驱动器分别与所述无人艇的左驱动电机和右驱动电机连接，所述电机驱动器用于根据所述电机差速控制指令控制所述左驱动电机和所述右驱动电机转动，调整无人艇航向，以进行目标航迹的跟踪。2.根据权利要求1所述的无人艇航迹跟踪系统，其特征在于，所述跟踪系统还包括船载无线数传平台、岸上无线数传平台和后台监控中心；所述船载无线数传平台分别与所述总线工业电脑和所述岸上无线数传平台连接，所述船载无线数传平台用于将总线工业电脑接收得到的无人艇的位置信息、航向及航姿信息发送给所述岸上无线数传平台；所述岸上无线数传平台与所述后台监控中心连接，所述岸上无线数传平台用于将所述位置信息和所述航向及航姿信息发送给所述后台监控中心。3.根据权利要求1所述的无人艇航迹跟踪系统，其特征在于，所述跟踪系统还包括：信号接收模块和应急遥控装置；所述信号接收模块分别与所述可编程逻辑控制器和所述应急遥控装置连接；所述应急遥控装置用于产生遥控航迹跟踪指令，并将所述遥控航迹跟踪指令发送给所述信号接收模块；所述信号接收模块用于将所述遥控航迹跟踪指令接收至所述可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器还用于根据所述遥控航迹跟踪指令产生电机差速控制指令。4.根据权利要求1所述的无人艇航迹跟踪系统，其特征在于，所述反推控制算法的公式为：其中，τu和τr分别表示纵荡力和艏摇力；m11、m22和m33分别表示USV包含附加质量效应的2CN112764432A权利要求书2/3页第一惯性系数、第二惯性系数和第三惯性系数；x3、x4、x5和x6分别表示水面无人艇重心在惯性参考坐标系中的艏摇角度、x轴方向的速度、y轴方向的速度和艏摇角度的变化速度，分别表示水面无人艇重心在惯性参考坐标系中的x轴坐标x1的导数、y轴坐标x2和艏摇角度x3的导数；τ1和τ2分别表示水面无人艇重心在惯性参考坐标系中的x轴的加速度和艏摇角度的加速度的跟踪误差，u1d和u2d分别表示和的目标值，和分别表示水面无人艇重心在惯性参考坐标系中的x轴方向的速度和艏摇角度的变化速度的导数；d11、d22、d33分别表示纵荡、横荡和艏摇的水动力阻尼系数。5.一种无人艇航迹跟踪方法，其特征在于，所述跟踪方法包括如下步骤：获取无人艇跟踪的目标航迹；通过无人艇航迹跟踪系统的航姿测量仪获取无人艇的航向及航姿信息；通过无人艇航迹跟踪系统的全球定位系统获取无人艇的位置信息；通过无人艇航迹跟踪系统的总线工业电脑根据所述目标航迹、所述位置信息和所述航向及航姿信息利用