[发明专利]欠驱动无人艇自主航行方法、系统及存储介质

权利要求书

1.一种欠驱动无人艇自主航行方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取期望航迹；

将所述期望航迹离散化，得到期望航迹序列；

构建欠驱动无人艇预测控制模型；所述欠驱动无人艇预测控制模型包括评价函数和约束条件；

将所述欠驱动无人艇的当前实际航行状态以及所述期望航迹序列输入所述欠驱动无人艇预测控制模型，预测得到最优控制输出；

确定所述欠驱动无人艇运行在控制时域内，控制所述欠驱动无人艇的执行机构执行所述最优控制输出。

2.根据权利要求1所述的欠驱动无人艇自主航行方法，其特征在于，所述评价函数包括航迹偏移量、航速变化量以及规则符合度；

所述构建欠驱动无人艇预测控制模型，包括：

构建包括所述航迹偏移量、所述航速变化量以及所述规则符合度的所述评价函数。

3.根据权利要求2所述的欠驱动无人艇自主航行方法，其特征在于，所述约束条件包括静态障碍物约束条件、动态障碍物约束条件以及执行机构约束条件；

所述构建欠驱动无人艇预测控制模型，还包括：

构建包括所述静态障碍物约束条件、所述动态障碍物约束条件以及所述执行机构约束条件的所述约束条件。

4.根据权利要求3所述的欠驱动无人艇自主航行方法，其特征在于，所述最优控制输出包括命令舵角和命令螺旋桨转速；

所述将所述欠驱动无人艇的当前实际航行状态以及所述期望航迹序列输入所述欠驱动无人艇预测控制模型，预测得到最优控制输出，包括：

将所述欠驱动无人艇的当前实际航行状态以及所述期望航迹序列输入所述欠驱动无人艇预测控制模型，预测得到所述命令舵角和命令螺旋桨转速；其中所述命令舵角和所述命令螺旋桨转速使所述评价函数函数值最小。

5.根据权利要求4所述的欠驱动无人艇自主航行方法，其特征在于，所述将所述欠驱动无人艇的当前实际航行状态以及所述期望航迹序列输入所述欠驱动无人艇预测控制模型，预测得到所述命令舵角和命令螺旋桨转速，包括：

将所述当前实际航行状态以及预测时域内的所述期望航迹序列输入所述欠驱动无人艇预测控制模型，预测得到所述命令舵角和命令螺旋桨转速。

6.根据权利要求3所述的欠驱动无人艇自主航行方法，其特征在于，所述欠驱动无人艇预测控制模型如下式所示：

minC(I)＝K_pdC_pd(I)+K_UC_U(I)+K_COLC_COL(I)

其中，C(I)为所述评价函数，s.t为所述约束条件，C_pd(I)为所述航迹偏移量，C_U(I)为所述航速变化量，C_COL(I)为所述规则符合度，K_pd、K_U、K_COL分别为相应的权重参数，I为船舶控制机构输入，h_s(S(I),p_s,N_p,r_s)为所述静态障碍物约束条件，S(I)为以I为输入船舶航行状态，p_s为静态障碍物坐标集合，r_s为静态障碍物安全领域半径集合，N_p为预测时域，h_T(S(I),p_T,N_p,r_T)为所述动态障碍物约束条件，p_T为动态障碍物坐标集合，r_T为动态障碍物安全领域半径集合，h_I(I)为所述执行机构约束条件。

7.根据权利要求6所述的欠驱动无人艇自主航行方法，其特征在于，所述执行机构约束条件包括螺旋桨转速约束、舵角角度约束、螺旋桨转速变化率约束以及舵角变化率约束。