一种无人帆船的循迹控制方法与流程

1.本发明属于智能控制技术领域，特别是涉及一种无人帆船的循迹控制方法。

背景技术：

2.无人帆船智能控制研究已有一段时间的发展，在20世纪末，模糊逻辑控制理论开始应用于帆船自动控制。
3.在模糊控制应用于帆船的相关技术中，有科学系统地进行过船模试验验证的技术非常有限。帆船的模糊自动控制仍处于研究的初级阶段，尚未成熟，需要投入大量的研究工作。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种无人帆船的循迹控制方法，通过确定帆船当前航行的航迹段及相邻的下一条航迹段，根据帆船切换到下一航迹段的转向速率、施舵距离，来计算帆船航向的期望值，解决了现有的无人帆船实现自动控制困难的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明为一种无人帆船的循迹控制方法，包括如下步骤：
7.步骤s1：根据当前航行任务的航迹点两两连线形成航迹段；
8.步骤s2：确定帆船当前航行的航迹段及相邻的下一条航迹段；
9.步骤s3：计算帆船切换到下一航迹段的转向速率、施舵距离；
10.步骤s4：判断帆船的当前位置到当前航迹段终点的距离是否小于施舵距离；
11.若当前航迹段终点的距离小于等于施舵距离，则切换到下一条航迹段后，继续执行步骤s4；
12.若当前航迹段终点的距离小于等于施舵距离，则执行步骤s5；
13.步骤s5：计算航向的期望值。
14.作为一种优选的技术方案，所述步骤s1中，获取当前轨迹点并设置初始航迹段，获取当前船舶位置o(x0,y0)并设置轨迹端mn的直线方程为：ax+by+c＝0；
15.并过当前船舶位置(x0,y0)点垂直于mn的直线方程为：(y-y0)
÷
(x-x0)＝b
÷
a。
16.作为一种优选的技术方案，所述过当前船舶位置(x0,y0)点垂直于mn的垂足(xd,yd)为：
[0017][0018]
作为一种优选的技术方案，所述步骤s3中，计算当前位置o(x0,y0)到航迹段mn的距离d：
[0019]
[0020]
利用勾股定理，计算追踪点到垂足(xd,yd)的距离d1：
[0021][0022]
式中，lpp为本船的船长，d为船舶当前位置到航迹段mn的距离。
[0023]
作为一种优选的技术方案，所述步骤s4中，当前航迹段方向c
mn
为：
[0024]cmn
＝atan2(x
n-xm,y
n-ym)；
[0025]
则追踪点t(x
los
,y
los
)的位置为：
[0026][0027]
作为一种优选的技术方案，所述步骤s4中，判断追踪点t(x
los
,y
los
)是否在直线段mn上面，方法为：判断mt+nt＝mn，若等于，则在；若不等于，则判断离m、n点哪一个更近，将追踪点设为较近的一个点。
[0028]
作为一种优选的技术方案，所述步骤s5中，期望航向的计算公式为：
[0029][0030]
式中，当x
los-x0＜0并且y
los-y0≥0时，a＝450；当其余情况下，a＝90。
[0031]
本发明具有以下有益效果：
[0032]
(1)本发明通过确定帆船当前航行的航迹段及相邻的下一条航迹段，根据帆船切换到下一航迹段的转向速率、施舵距离，来计算帆船航向的期望值，使帆船具有自主航行能力，完成海洋表面数据采集等任务；
[0033]
(2)本发明通过帆船的自主航行能力，使无人帆船可以进入危险环境区域工作而无需船员跟随，并且利用风能航行，既可以延长航行时间，又采用了清洁能源对环境有所保护。
[0034]
(3)本发明通过帆船的自主航行能力，使帆船自动控制可以应用到私人帆艇驾驶中，作为船员的辅助驾驶设备，减轻船员在长期航行中的疲惫感。
[0035]
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0036]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]
图1为本发明的一种无人帆船的循迹控制方法流程图。
具体实施方式
[0038]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
请参阅图1所示，本发明为一种无人帆船的循迹控制方法，包括如下步骤：
[0040]
步骤s1：根据当前航行任务的航迹点两两连线形成航迹段；
[0041]
步骤s2：确定帆船当前航行的航迹段及相邻的下一条航迹段；
[0042]
步骤s3：计算帆船切换到下一航迹段的转向速率、施舵距离；
[0043]
步骤s4：判断帆船的当前位置到当前航迹段终点的距离是否小于施舵距离；
[0044]
若当前航迹段终点的距离小于等于施舵距离，则切换到下一条航迹段后，继续执行步骤s4；
[0045]
若当前航迹段终点的距离小于等于施舵距离，则执行步骤s5；
[0046]
步骤s5：计算航向的期望值。
[0047]
步骤s1中，获取当前轨迹点并设置初始航迹段，获取当前船舶位置o(x0,y0)并设置轨迹端mn的直线方程为：ax+by+c＝0公式一；
[0048]
并过当前船舶位置(x0,y0)点垂直于mn的直线方程为：(y-y0)
÷
(x-x0)＝b
÷
a公式二。
[0049]
结合公式一和公式二，可以得出：
[0050]
过当前船舶位置(x0,y0)点垂直于mn的垂足(xd,yd)为：
[0051][0052]
步骤s3中，计算当前位置o(x0,y0)到航迹段mn的距离d：
[0053][0054]
利用勾股定理，计算追踪点到垂足(xd,yd)的距离d1：
[0055][0056]
式中，lpp为本船的船长，d为船舶当前位置到航迹段mn的距离。
[0057]
当前航迹段方向c
mn
为：
[0058]cmn
＝atan2(x
n-xm,y
n-ym)；
[0059]
则追踪点t(x
los
,y
los
)的位置为：
[0060][0061]
判断追踪点t(x
los
,y
los
)是否在直线段mn上面，方法为：判断mt+nt＝mn，若等于，则在；若不等于，则判断离m、n点哪一个更近，将追踪点设为较近的一个点。
[0062]
期望航向的计算公式为：
[0063][0064]
式中，当x
los-x0＜0并且y
los-y0≥0时，a＝450；当其余情况下，a＝90。
[0065]
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
[0066]
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
[0067]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：

1.一种无人帆船的循迹控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1：根据当前航行任务的航迹点两两连线形成航迹段；步骤s2：确定帆船当前航行的航迹段及相邻的下一条航迹段；步骤s3：计算帆船切换到下一航迹段的转向速率、施舵距离；步骤s4：判断帆船的当前位置到当前航迹段终点的距离是否小于施舵距离；若当前航迹段终点的距离小于等于施舵距离，则切换到下一条航迹段后，继续执行步骤s4；若当前航迹段终点的距离小于等于施舵距离，则执行步骤s5；步骤s5：计算航向的期望值。2.根据权利要求1所述的一种无人帆船的循迹控制方法，其特征在于，所述步骤s1中，获取当前轨迹点并设置初始航迹段，获取当前船舶位置o(x0,y0)并设置轨迹端mn的直线方程为：ax+by+c＝0；并过当前船舶位置(x0,y0)点垂直于mn的直线方程为：(y-y0)
÷
(x-x0)＝b
÷
a。3.根据权利要求2所述的一种无人帆船的循迹控制方法，其特征在于，所述过当前船舶位置(x0,y0)点垂直于mn的垂足(x
d
,y
d
)为：4.根据权利要求1所述的一种无人帆船的循迹控制方法，其特征在于，所述步骤s3中，计算当前位置o(x0,y0)到航迹段mn的距离d：利用勾股定理，计算追踪点到垂足(x
d
,y
d
)的距离d1：式中，lpp为本船的船长，d为船舶当前位置到航迹段mn的距离。5.根据权利要求1所述的一种无人帆船的循迹控制方法，其特征在于，所述步骤s4中，当前航迹段方向c
mn
为：c
mn
＝atan2(x
n-x
m
,y
n-y
m
)；则追踪点t(x
los
,y
los
)的位置为：6.根据权利要求1所述的一种无人帆船的循迹控制方法，其特征在于，所述步骤s4中，判断追踪点t(x
los
,y
los
)是否在直线段mn上面，方法为：判断mt+nt＝mn，若等于，则在；若不等于，则判断离m、n点哪一个更近，将追踪点设为较近的一个点。7.根据权利要求1所述的一种无人帆船的循迹控制方法，其特征在于，所述步骤s5中，期望航向的计算公式为：
式中，当x
los-x0＜0并且y
los-y0≥0时，a＝450；当其余情况下，a＝90。

技术总结

本发明公开了一种无人帆船的循迹控制方法，涉及智能控制技术领域。本发明包括如下步骤：步骤S1：根据当前航行任务的航迹点两两连线形成航迹段；步骤S2：确定帆船当前航行的航迹段及相邻的下一条航迹段；步骤S3：计算帆船切换到下一航迹段的转向速率、施舵距离；步骤S4：判断帆船的当前位置到当前航迹段终点的距离是否小于施舵距离；步骤S5：计算航向的期望值。本发明通过确定帆船当前航行的航迹段及相邻的下一条航迹段，根据帆船切换到下一航迹段的转向速率、施舵距离，来计算帆船航向的期望值，使帆船具有自主航行能力，完成海洋表面数据采集等任务。据采集等任务。据采集等任务。