[发明专利]小型水面清污无人艇及其控制方法、定位方法

权利要求书

1.小型水面清污无人艇的控制方法，其特征在于，基于小型水面清污无人艇，所述小型水面清污无人艇包括：

用于垃圾收集的垃圾收集舱；所述垃圾收集舱位于船体中心；所述垃圾收集舱包括固体垃圾收集舱和藻类垃圾处理舱；

用于感知自身位置的感知装置；所述感知装置位于船头上层；所述感知装置包括深度摄像头、激光雷达和UWB定位标签；

用于控制船体运动的控制装置；所述控制装置位于船头下层；所述控制装置包括运动控制器和主控制器；所述运动控制器用于检测航线、航速、船身倾角，并驱动电机；所述主控制器用于连接深度摄像头、激光雷达和UWB定位标签，并用于处理信息和传输信息；

用于提供动力的推进装置；所述推进装置包括位于船尾的若干个水下推进器，用于负责船体前进转向的动力；

所述小型水面清污无人艇还包括UWB定位系统；所述UWB定位系统包括微控制模块和上位机定位模块；所述微控制模块包括至少四个基站；每个基站的位置固定，且每个基站之间的距离不超过200米；所述上位机定位模块用于设置巡航轨迹；

所述基站和UWB定位标签均包括天线、与天线电连接的电路板、设于电路板上的微控制器、UWB定位模块和时钟模块；

所述运动控制器采用LQR控制器；

所述小型水面清污无人艇的控制方法，包括如下步骤：

全驱动控制：

S1，当无人艇航行于限制水域中，LQR控制器产生一个稳定的舵角来抵消岸吸力与岸吸力矩；

S2，设定系统状态方程为

其中，x为系统的状态向量；u为控制向量；D为系统的干扰矩阵；A为由系统运动方程推导而得的控制对象矩阵；B为控制矩阵；

设定代价函数

其中，x为系统的状态向量，u为控制向量，Q为状态权重矩阵，R为控制权重矩阵；

将u＝-Kx代入代价函数，得到

设定存在常量矩阵P使得

为使J最小，由最小值原理得到最优控制为：K＝R^-1B^TP；

S3，根据岸吸力的公式，查阅公式中参数的数据库，得到岸吸力的大小；所述岸吸力的公式为：

其中，L为船的长度，B为船的宽度,T为吃水量，ρ为流体密度，V为航速,F为船体受到的水动力，M为船体受到的水动力矩，C_F为横向力，C_M为首摇力矩；

S4，根据岸吸力大小估计状态变量y(t)，再根据imu传感器感知船体航向并反馈调整状态变量的数值，使状态变量对时间的积分为漂移误差，

误差t₀为开始时间，t₁为当前时间；

S5，无人艇通过状态变量不断调整航向，使无人艇回到既定航线；

欠驱动控制：

S6，按照全驱动控制中所述的状态变量定义渐近稳定的平面S，并定义形式上的控制律U_c；

S7，所有起始于平面S的系统轨线都持续保持在平面S上，而且在平面S上滑动，直到所有系统轨线在平面S上汇于一点；若有未在平面S上起始的系统轨线，则对控制律U_c进行修改，直到所有系统轨线在有限时间里，在平面S上汇于一点。

2.根据权利要求1所述的小型水面清污无人艇的控制方法，其特征在于，还包括活动式舱门；所述活动式舱门位于垃圾收集舱前侧。

3.根据权利要求1-2任一项所述的小型水面清污无人艇的控制方法，其特征在于，所述固体垃圾收集舱和藻类垃圾处理舱之间设有隔网；所述藻类垃圾处理舱的出水处设有微滤膜。