[发明专利]欠驱动无人艇自主航行方法、系统及存储介质

说明书

本发明公开了一种欠驱动无人艇自主航行方法、系统及存储介质，能够实现复杂水域内欠驱动无人艇在设定的期望航迹上自主航行，有效提高欠驱动无人艇自主航行的安全性和可靠性。该方法包括：获取期望航迹；将期望航迹离散化，得到期望航迹序列；构建欠驱动无人艇预测控制模型；欠驱动无人艇预测控制模型包括评价函数和约束条件；将欠驱动无人艇的当前实际航行状态以及期望航迹序列输入欠驱动无人艇预测控制模型，预测得到最优控制输出；确定欠驱动无人艇运行在控制时域内，控制欠驱动无人艇的执行机构执行最优控制输出。

技术领域

本发明涉及无人艇自主控制技术领域，尤其涉及一种欠驱动无人艇自主航行方法、系统及存储介质。

背景技术

欠驱动无人艇的基本功能包括在计划航线上航行和针对航行时遭遇障碍物的自主避碰两部分，其中智能避碰功能是实现欠驱动无人艇自主航行的关键技术之一。相关技术中，大部分的智能避碰决策算法，如神经网络、速度障碍法以及人工势场法等，均难以充分考虑运动控制中的各类约束条件，也难以满足无人艇的实际自主航行要求。

发明内容

为了解决上述技术问题的至少之一，本发明提出一种欠驱动无人艇自主航行方法、系统及存储介质，能够实现复杂水域内欠驱动无人艇在设定的期望航迹上自主航行，有效提高欠驱动无人艇自主航行的安全性和可靠性。

一方面，本发明实施例提供了一种欠驱动无人艇自主航行方法，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。

根据本发明实施例的一种欠驱动无人艇自主航行方法，至少具有如下有益效果：本实施通过获取欠驱动无人艇的期望航迹，并将期望航迹离散化得到期望航迹序列。同时，本实施例构建包括评价函数以及约束条件的欠驱动无人艇预测控制模型，通过将期望航迹序列以及欠驱动无人艇的当前实际航行状态输入欠驱动无人艇预测控制模型，以预测在控制时域内欠驱动无人艇的最优控制输出，从而在控制时域内，控制欠驱动无人艇的执行机构执行该最优控制输出，实现复杂水域内欠驱动无人艇在期望航迹上的自主航行，并且通过约束条件有效对欠驱动无人艇航行进行约束，有效提高了欠驱动无人艇自主航行的安全性和可靠性。

根据本发明的一些实施例，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。

根据本发明的一些实施例，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。

根据本发明的一些实施例，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。