陳天宇，杜廣義，郭 璇

(1.中國(guó)船舶科學(xué)研究中心，江蘇 無(wú)錫 214001；2.武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070)

0 引 言

美國(guó)、以色列、日本、法國(guó)等國(guó)在無(wú)人艇領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了相當(dāng)?shù)某晒鸞1-5]，其中具有代表性的如美國(guó)的Spartan、以色列的Protector 等。對(duì)于無(wú)人艇的路徑控制，相關(guān)學(xué)者已做出了相當(dāng)多的研究。董早鵬等[6]提出了一種自適應(yīng)T-S（Takagi-Sugeno）模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，研究了欠驅(qū)動(dòng)無(wú)人艇的直線(xiàn)航跡跟蹤控制問(wèn)題。莊佳園等[7]針對(duì)水面無(wú)人艇全局路徑規(guī)劃問(wèn)題，提出一種基于電子海圖的距離尋優(yōu)Dijkstra 算法，用以生成安全合理的航線(xiàn)。王常順等[8]針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)無(wú)人艇非線(xiàn)性系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種參數(shù)在線(xiàn)優(yōu)化的路徑跟蹤自抗擾控制器，仿真試驗(yàn)表明該方法具有良好的穩(wěn)定性和魯棒性。彭艷等[9]針對(duì)無(wú)人艇設(shè)計(jì)了GPC-PID串級(jí)控制器，通過(guò)航向控制間接實(shí)現(xiàn)無(wú)人艇的航跡跟蹤控制。

目前基于平靜水域的無(wú)人艇自主航行控制技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，但是在風(fēng)浪流干擾下的水面無(wú)人艇自主航行路徑控制技術(shù)尚處于起步階段。本文以水面無(wú)人艇應(yīng)用發(fā)展為需求牽引，以實(shí)現(xiàn)水面艇智能化、無(wú)人化航行為技術(shù)驅(qū)動(dòng)，將某7 米級(jí)小艇作為研究對(duì)象，通過(guò)多物理場(chǎng)影響下無(wú)人艇水動(dòng)力學(xué)仿真建模分析技術(shù)與實(shí)船試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)相結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)水面無(wú)人艇路徑控制算法，并進(jìn)行實(shí)艇試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 無(wú)人艇操縱控制系統(tǒng)總體架構(gòu)

無(wú)人艇航行控制系統(tǒng)的主要功能是控制和優(yōu)化艇的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和狀態(tài)，使無(wú)人艇在風(fēng)、浪、流等環(huán)境因素影響下能夠按照系統(tǒng)規(guī)劃出的目標(biāo)航向、航速及路徑等指令完成各種工作使命。

本文基于無(wú)人艇的水動(dòng)力學(xué)模型，考慮風(fēng)、浪、流等環(huán)境因素干擾，以自主規(guī)劃系統(tǒng)輸出的最優(yōu)目標(biāo)值和感知系統(tǒng)反饋信號(hào)為輸入，設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制器，生成主機(jī)、舵機(jī)的動(dòng)作控制信號(hào)，從而控制艇的運(yùn)動(dòng)。無(wú)人船的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由基于MPC 預(yù)測(cè)控制算法的航向控制、基于模糊PID 控制算法的航速控制和基于LOS 控制算法的路徑控制3 個(gè)子控制模塊構(gòu)成，如圖1 所示。

圖 1 無(wú)人船運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 The total framework of USV control system

路徑控制系統(tǒng)采用LOS 控制算法[10]，是將路徑規(guī)劃模塊生成的軌跡曲線(xiàn)分解為多段小的直線(xiàn)路徑，通過(guò)完成每一段小路徑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)路徑控制。該方法可以減小風(fēng)、浪、流等因素對(duì)無(wú)人艇航行的干擾，同時(shí)可以避免頻繁操舵，適用于本文無(wú)人艇大航程航行的需求。

2 無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型

本文無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型采用船體結(jié)構(gòu)參數(shù)法建立，該方法的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本都比較低，適用于本文需求。船體結(jié)構(gòu)參數(shù)法是根據(jù)已有的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)公式，以及船體結(jié)構(gòu)參數(shù)和水動(dòng)力學(xué)理論，計(jì)算船舶運(yùn)動(dòng)的模型參數(shù)。本文無(wú)人艇采用槳-舵推進(jìn)控制，所以船舶航向控制的數(shù)學(xué)模型實(shí)際上就是船舶操縱運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型。無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)參數(shù)較大，因此本文預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)采用的是船舶操作運(yùn)動(dòng)非線(xiàn)性模型。

2.1 無(wú)人艇空間坐標(biāo)系

無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系建立如圖2 所示。

圖 2 無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系Fig.2 The movement coordinate system of USV

固定坐標(biāo)系E-ξηζ，原點(diǎn)E 固定于大地不動(dòng)，一般取初始時(shí)刻（t=0）無(wú)人艇重心G 所在位置；Eξ 軸在海平面上，正北方向?yàn)檎?；Eη 軸正東方向?yàn)檎?；Eζ 軸垂直海平面，與Eξ，Eη 軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系G-xyz，原點(diǎn)G 在無(wú)人艇的重心處，Gx 軸、Gy 軸、Gz 軸為無(wú)人艇艇體過(guò)G 點(diǎn)的水線(xiàn)面、橫剖面、縱中剖面的交線(xiàn)，取首部方向?yàn)镚x 軸正方向，右舷為Gy 軸正方向，向下為Gz 軸正方向，Gx 軸、Gy 軸、Gz 軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。同時(shí)，將Gx 軸、Gy 軸和Gz 軸作為無(wú)人艇各方向相對(duì)應(yīng)的慣性主軸。無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)和受力相對(duì)各軸分解如表1 所示。

表 1 無(wú)人艇參數(shù)表Tab.1 The USV parameter list

2.2 無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)模型

在上述定義的坐標(biāo)系中，研究無(wú)人艇在水面操縱運(yùn)動(dòng)時(shí)，橫搖、縱搖和升沉運(yùn)動(dòng)相對(duì)較小，可忽略對(duì)水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的影響。忽略慣性力和粘性流體動(dòng)力的相互影響，認(rèn)為船舶重心G 和慣性水動(dòng)力中心重合?；谏鲜鰲l件，無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)學(xué)方程如下：

綜合考慮無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)模型的精確性和復(fù)雜性，在保證研究精確性的前提下，對(duì)模型非關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立本研究的無(wú)人艇三自由度運(yùn)動(dòng)模型。將無(wú)人艇的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程與運(yùn)動(dòng)模型結(jié)合，可以得到無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型如下：

2.3 無(wú)人艇模型參數(shù)

對(duì)無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行數(shù)學(xué)模型仿真，無(wú)人艇基本參數(shù)如表2 所示。

為分析無(wú)人艇在大舵角和風(fēng)、浪、流等干擾情況下的操縱特性，本文采用2 階非線(xiàn)性K，T 方程作為船舶操縱方程：

表 2 無(wú)人艇基本參數(shù)Tab.2 The USV basic parameter

式中：r 為首向角；δ 為舵角；T 為應(yīng)舵指數(shù)；K 為回轉(zhuǎn)性指數(shù)；λ 為附加質(zhì)量系數(shù)。船舶首搖角速度與舵角δ 之間存在函數(shù)關(guān)系，。

根據(jù)無(wú)人艇平面運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)性化數(shù)學(xué)模型建模，得到無(wú)人艇模型的傳遞函數(shù)如下：

2.4 風(fēng)浪流干擾模型

平均風(fēng)力對(duì)水線(xiàn)以上無(wú)人艇建筑造成的附加干擾力和力矩為：

式中： ρα為空氣密度； VR為相對(duì)風(fēng)速； αR為相對(duì)風(fēng)速與首向角的夾角，稱(chēng)為風(fēng)舷角； Af為水線(xiàn)以上無(wú)人艇的正投影面積， As為水線(xiàn)以上側(cè)投影面積。 CXα(αR)，CYα(αR) ， CNα(αR)分別為無(wú)人艇縱向、橫向風(fēng)壓力系數(shù)和轉(zhuǎn)首風(fēng)力矩系數(shù)，由無(wú)人艇艇型、風(fēng)向角以及一系列風(fēng)阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)回歸方程來(lái)確定。

針對(duì)航向控制問(wèn)題，主要討論波浪漂移力。在考慮波浪對(duì)操縱性能影晌時(shí)，給出2 階波浪力和力矩的計(jì)算公式如下：

式中： ρ為流體密度； L 為無(wú)人艇艇長(zhǎng)； a為平均波浪幅值； λ為波長(zhǎng)； χ 為遭遇角； CDX， CDY， CDN為2 階波浪力系數(shù)，根據(jù)無(wú)人艇的模型試驗(yàn)結(jié)果回歸得到：

流對(duì)無(wú)人艇航行時(shí)產(chǎn)生的影響可認(rèn)為是無(wú)人艇相對(duì)海水的速度發(fā)生改變而產(chǎn)生的附加干擾力和力矩，仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)一般認(rèn)為流是恒定且均勻的。對(duì)無(wú)人艇的航向運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，海流將引起一個(gè)繞軸的附加干擾力矩，其表達(dá)式為：

式中： Vc為流速； ρ 為海水密度； Ls為無(wú)人艇的水線(xiàn)長(zhǎng)； β 為漂角； CNc為繞軸的流作用力系數(shù)。在實(shí)際仿真時(shí)，流作用可以用一個(gè)恒值干擾來(lái)模擬。

在考慮風(fēng)浪流的作用下，其干擾可等效到自動(dòng)舵上的舵角干擾，可表示為：

其中： fa為 海風(fēng)的干擾項(xiàng)； fw為海浪的干擾項(xiàng)； fl為海流涌的干擾項(xiàng)。

風(fēng)浪對(duì)無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)的影響可以用白噪聲和1 個(gè)2 階波浪傳遞函數(shù)來(lái)獲得，流可以用一個(gè)恒值干擾來(lái)模擬，即

其中： w( s)為零均值高斯白噪聲；功率譜密度為0.1，Kc為恒值干擾系數(shù)； h(s)是1 個(gè)2 階海浪傳遞函數(shù)，即

3 操縱系數(shù)試驗(yàn)

3.1 模型參數(shù)計(jì)算方法

本文采用最小二乘法曲線(xiàn)擬合，計(jì)算無(wú)人艇的模型參數(shù)。

每個(gè)代數(shù)方程對(duì)應(yīng)m 條曲線(xiàn)，擬合成m 個(gè)r 次代數(shù)方程，得到一個(gè)m×n 階系數(shù)表如表3 所示。

表 3 m×n 階系數(shù)表Tab.3 The coefficient list

否則按下式計(jì)算：

式中：G C 為插值因子，G I 為比例因子，則有KI=(KI-Y)*GI+Y ，或 有 KI =(KI-Y)*GI+KI。那么 K1=KI。

3.2 無(wú)人艇建模仿真試驗(yàn)

1）10°Z 形試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)

表 4 無(wú)人艇10°Z 形試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)表Tab.4 The data log of 10/10° ZIG-ZAG test

由K，T 的無(wú)量綱公式換算出操縱指數(shù)K=1.148，T=9.548。Z 操縱試驗(yàn)（10°/10°）的試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

2）模型參數(shù)法數(shù)據(jù)

根據(jù)自動(dòng)控制原理，對(duì)（10°/10°）Z 操縱試驗(yàn)結(jié)果圖形進(jìn)行擬合，當(dāng)參數(shù)為 K =0.4939 ，T=1.9438時(shí)，得到圖4 所示的仿真結(jié)果。

圖 4 10°/10°Z 操縱仿真結(jié)果Fig.4 The simulation results of 10/10° ZIG-ZAG test

無(wú)人艇Z 形操縱實(shí)驗(yàn)的10°/10°Z 操縱仿真結(jié)果見(jiàn)圖4。

對(duì)比圖3 與圖4 兩個(gè)圖中的相關(guān)點(diǎn)，如表5 所示。可以看出，擬合仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果在超越角結(jié)果上有較大的差別。

表 5 （10°/10°）Z 操縱試驗(yàn)與擬合仿真結(jié)果對(duì)比表Tab.5 The comparison table between ZIG-ZAG test result and Simulation result

3）階躍響應(yīng)

按實(shí)船試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行首向角改變10°時(shí)的響應(yīng)如圖5 所示?？梢钥闯?，系統(tǒng)超調(diào)量為60%，調(diào)節(jié)時(shí)間約80 s，調(diào)節(jié)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。

按建模參數(shù)進(jìn)行首向角改變10°時(shí)的響應(yīng)如圖6 所示?？梢钥闯?，系統(tǒng)超調(diào)量約15.6%，調(diào)節(jié)時(shí)間約20 s，調(diào)節(jié)時(shí)間相對(duì)較短。

從圖5 和圖6 可明顯看出，建模參數(shù)仿真結(jié)果超調(diào)量相對(duì)更小，調(diào)節(jié)時(shí)間相對(duì)更短，無(wú)人艇能夠更快更好完成轉(zhuǎn)首運(yùn)動(dòng)。

圖 5 原始參數(shù)階躍響應(yīng)Fig.5 The step function response of the original parameters

圖 6 建模參數(shù)階躍響應(yīng)Fig.6 The step function response of the simulation parameters

4 路徑控制

采用LOS 路徑控制算法，用于無(wú)人艇的路徑跟蹤。LOS 路徑控制流程圖如圖7 所示。

圖 7 LOS 路徑控制流程圖Fig.7 The flow chart of the LOS track control method

無(wú)人艇的路徑跟蹤控制系統(tǒng)將路徑航向制導(dǎo)系統(tǒng)和航向控制系統(tǒng)合二為一，通過(guò)路徑控制系統(tǒng)可以直接由航向偏差、路徑偏差獲得舵角指令，然后將舵角指令傳送給舵角控制系統(tǒng)。路徑跟蹤控制系統(tǒng)是對(duì)舵角、路徑偏差、偏航角以及偏航角速度等一系列耦合量進(jìn)行綜合考慮，而不需要解耦，因此可以獲得優(yōu)良的控制性能、能很好協(xié)調(diào)各變量間的耦合關(guān)系，比較適合對(duì)路徑跟蹤精度要求嚴(yán)格、性能要求較高的控制系統(tǒng)。

4.1 無(wú)人艇路徑控制模型建立

考慮無(wú)人艇航向控制系統(tǒng)模型中非線(xiàn)性的影響，在一階線(xiàn)性首向響應(yīng)野本方程中引入非線(xiàn)性項(xiàng)，得一階非線(xiàn)性的表達(dá)式為：

計(jì)入系統(tǒng)的建模誤差以及不確定性外界環(huán)境的干擾，得無(wú)人艇直線(xiàn)路徑跟蹤控制的非線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型為：

式中，d（t）是系統(tǒng)建模誤差以及不確定性外界環(huán)境干擾的綜合考慮。設(shè)此不確定性項(xiàng)的上界為D，即|d(t)|≤D，且d（t）為慢變過(guò)程，即d（t）=0。

4.2 路徑LOS 控制算法

無(wú)人艇路徑跟蹤控制，是把無(wú)人艇在水面上路徑跟蹤控制當(dāng)作艇體航向保持和航向改變的控制問(wèn)題。路徑跟蹤控制系統(tǒng)主要由舵角控制系統(tǒng)、航向控制系統(tǒng)和路徑航向制導(dǎo)系統(tǒng)3 部分組成。無(wú)人艇的路徑跟蹤控制是通過(guò)實(shí)時(shí)的循環(huán)路徑航向制導(dǎo)、航向控制、操舵控制這一過(guò)程，通過(guò)不斷的更新航向進(jìn)而達(dá)到航向和路徑共同趨于指定航線(xiàn)的航向和路徑的過(guò)程。

LOS 路徑導(dǎo)航在數(shù)學(xué)上表示為如下方程式：

其中：Vc為閉合速度；λ 為L(zhǎng)OS 角；N′為調(diào)諧參數(shù)。N′的變化可調(diào)節(jié)無(wú)人艇航行軌跡。

其中：（x1，y1）是無(wú)人艇的當(dāng)前位置，（x2，y2）是目標(biāo)的位置。

航 點(diǎn) 指 導(dǎo) 導(dǎo) 航 方 法 中，2 個(gè) 點(diǎn) [xd(t0),yd(t0)]和[xd(tf),yd(tf)]之間的指導(dǎo)是通過(guò)將它們之間的路徑分割為多個(gè)路徑點(diǎn) [xd(k),yd(k)]， 得到 k= 1,2,···,N路線(xiàn)如圖8 所示。

導(dǎo)航系統(tǒng)不斷跟蹤無(wú)人艇路徑，包括到達(dá)或錯(cuò)過(guò)的航路點(diǎn)以及當(dāng)前目標(biāo)航點(diǎn)，以及總數(shù)行駛距離，偏離理想軌跡等。根據(jù)無(wú)人艇位置坐標(biāo)的數(shù)據(jù)更新，這些路徑信息在每個(gè)時(shí)刻都會(huì)更新一次無(wú)人艇的航向。

為確定航路點(diǎn)是否達(dá)到，指導(dǎo)系統(tǒng)在每個(gè)航點(diǎn)上考慮設(shè)置一個(gè)接受圈（COA），COA 接受圈的直徑設(shè)為無(wú)人船長(zhǎng)度的2 倍。在無(wú)人艇試驗(yàn)過(guò)程中，無(wú)人艇可能從各種不同的航向角度接近航點(diǎn)，如圖9 所示。

圖 8 LOS 算法路徑路線(xiàn)控制圖Fig.8 The path control chart of the LOS method

圖 9 無(wú)人艇從不同航向角度接近航點(diǎn)圖Fig.9 The different course between starting point and COA

對(duì)于本文無(wú)人艇來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)度為7.5 m，因此COA誤差圈的直徑為15 m。在每一個(gè)無(wú)人艇位置坐標(biāo)采樣時(shí)刻，導(dǎo)航系統(tǒng)都計(jì)算無(wú)人艇的下一個(gè)航路點(diǎn)。當(dāng)無(wú)人艇與導(dǎo)航點(diǎn)距離小于誤差圈半徑時(shí)，就可判定無(wú)人艇到達(dá)航路點(diǎn)，導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)將無(wú)人艇引導(dǎo)到以下位置航點(diǎn)。

在無(wú)人艇實(shí)際航行中，可能出現(xiàn)測(cè)量無(wú)人艇位置坐標(biāo)的時(shí)刻，無(wú)人艇已不在COA 誤差圈范圍之內(nèi)，已經(jīng)進(jìn)入誤差圈又離開(kāi)了誤差圈的情況。本文設(shè)定一個(gè)到達(dá)航路點(diǎn)判斷標(biāo)準(zhǔn)，如果無(wú)人艇2 個(gè)時(shí)刻位置的連線(xiàn)經(jīng)過(guò)COA 誤差圈，則判定無(wú)人艇已經(jīng)到達(dá)了航路點(diǎn)。

在無(wú)人艇經(jīng)過(guò)航路點(diǎn)附近而未進(jìn)入目標(biāo)航點(diǎn)情況下，位置判斷過(guò)程會(huì)認(rèn)定無(wú)人艇未進(jìn)入誤差半徑圈內(nèi)，錯(cuò)過(guò)該航點(diǎn)。此時(shí)，導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)將無(wú)人艇引導(dǎo)到下一個(gè)航點(diǎn)。

無(wú)人艇偏離理想軌跡可以通過(guò)以下等式來(lái)測(cè)量：

其中：r（k）為從無(wú)人艇當(dāng)前位置到下一個(gè)航路點(diǎn)的距離；r′（k）為從實(shí)際位置到下一個(gè)航路點(diǎn)的距離，α 是2 個(gè)向量之間的角度，這些數(shù)據(jù)可以用來(lái)判斷無(wú)人艇是否在理想路徑上，如圖10 所示。

LOS 路徑控制系統(tǒng)使無(wú)人艇能夠生成參考實(shí)現(xiàn)所需任務(wù)所需的航行軌跡。使用該參考軌跡平均達(dá)到了5 個(gè)以上的路徑目標(biāo)點(diǎn)，即使無(wú)人艇在航行過(guò)程中被風(fēng)浪流等環(huán)境所影響，這7 個(gè)航點(diǎn)可沿其參考路徑方向來(lái)確定無(wú)人艇的航行軌跡。

圖 10 LOS 路徑控制的誤差圈示意圖Fig.10 The error circle of the LOS method

無(wú)人艇采用LOS 路徑控制方法的優(yōu)點(diǎn)是，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立，控制算法比較簡(jiǎn)單，控制指令易于實(shí)現(xiàn)，在當(dāng)前的無(wú)人艇航海航行中經(jīng)常應(yīng)用于船舶的路徑控制，是一種比較容易被大家理解的常見(jiàn)路徑控制方法。

4.3 路徑控制實(shí)艇試驗(yàn)

無(wú)人艇采用本文建立的無(wú)人艇路徑控制算法進(jìn)行湖上實(shí)艇試驗(yàn)，試驗(yàn)當(dāng)日天氣晴，風(fēng)力小于3 級(jí)，浪高小于0.5 m。通過(guò)實(shí)艇操縱性試驗(yàn)與仿真試驗(yàn)相結(jié)合的方法，完成了無(wú)人艇路徑規(guī)劃控制算法。

根據(jù)試驗(yàn)水域勘察情況，設(shè)定1-2-3-4-5 號(hào)目標(biāo)位置點(diǎn)，各位置點(diǎn)間距500 m 左右，要求無(wú)人艇自主按照目標(biāo)路徑航行。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，無(wú)人艇以5.6 kn 航速開(kāi)始試驗(yàn)。

無(wú)人艇試驗(yàn)航行軌跡和規(guī)劃路徑對(duì)比如圖11 所示。

可以看出，采用本文路徑控制算法的無(wú)人艇能夠比較準(zhǔn)確地執(zhí)行規(guī)劃路徑，滿(mǎn)足無(wú)人艇的工作需求。但由于試驗(yàn)水域較小，目標(biāo)位置點(diǎn)設(shè)置的距離較近，各點(diǎn)之間連線(xiàn)的拐角較大，導(dǎo)致無(wú)人艇在拐角位置出現(xiàn)較大的操舵角，實(shí)際路徑與設(shè)定路徑偏差產(chǎn)生較大偏差。

圖 11 無(wú)人艇航行軌跡Fig.11 The USV track and plan path

5 結(jié) 語(yǔ)

本文采用船體結(jié)構(gòu)參數(shù)法建立了無(wú)人艇的運(yùn)動(dòng)模型，并根據(jù)仿真計(jì)算和實(shí)艇Z 型操舵試驗(yàn)確定了無(wú)人艇自動(dòng)控制系統(tǒng)的操縱系數(shù)。基于LOS 控制算法建立了無(wú)人艇的路徑控制系統(tǒng)，并對(duì)采用本文控制方法的無(wú)人艇進(jìn)行了湖上試驗(yàn)。結(jié)果表明，在風(fēng)浪流多物理場(chǎng)的影響下，無(wú)人艇能夠比較準(zhǔn)確地按照規(guī)劃路徑進(jìn)行航行，滿(mǎn)足無(wú)人艇的使用需求。但在規(guī)劃路徑拐角較大的位置，無(wú)人艇航跡與規(guī)劃路徑有較大的偏差。