[发明专利]基于模糊PID的无人水面艇直线跟踪方法

摘要

本发明公开了一种无人水面艇的直线路径跟踪方法，步骤如下：利用GPS装置动态地获得无人水面艇的航向角和实时经纬度坐标值；采用向量叉积方法计算距离偏差和角度偏差；利用距离偏差和角度偏差与PID参数之间的模糊关系动态地调整PID的参数值；计算出左右电动推进器的控制电压U；利用控制电压施加于电机，推动所述水面艇前进。仿真和实验结果表明，本方法在直线斜率、USV起点及起始角不同的情况下都有很好的跟踪效果，具有较好的适应性，能有效避免大迴转现象的发生，而且直线跟踪性能优于PID控制器。

主权项

1.一种基于模糊PID的无人水面艇直线路径跟踪方法，所述无人水面艇安装有GPS装置和模糊PID控制器，所述模糊PID控制器包括距离计算器、角度偏差比较器、PID控制器以及模糊推理模块，其特征在于：所述基于模糊PID的无人水面艇直线路径跟踪方法包括以下步骤：一.所述GPS装置动态地获得航向角θ以及实时经纬度坐标值（X，Y）；二.利用步骤一的数值计算距离偏差e和角度偏差错误！未找到引用源。：设A、B两点为指定路线的起始点和终止点，O为小艇的位置，A、B、O三点的坐标分别为A(x₁,y₁),B(x₂,y₂),O(x₃,y₃)，θ为无人水面艇航向角，α为直线路径倾斜角，令AB→×AO→=i→j→k→x2-x1y2-y10x3-x1y3-y10=((x2-x1)(y3-y1)-(x3-x1)(y2-y1))k→]]>e=(x₂-x₁)(y₃-y₁)-(x₃-x₁)(y₂-y₁)，三.利用所述距离偏差e和所述角度偏差错误！未找到引用源。与PID参数之间的模糊关系动态地调整PID的参数值：定义所述角度偏差错误！未找到引用源。的模糊子集为{NB、NS、ZO、PS、PB}，即负大，负小，零，正小，正大，所述距离偏差e的PID各参数的模糊子集为{NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB}，子集中的元素分别为负大，负中，负小，零，正小，正中，正大，以三角形函数建立隶属度函数，左、右侧电机调速时的PID参数的推理规则表如以下三个表：表1K_pl模糊推理规则表表2K_il模糊推理规则表表3K_dl模糊推理规则表利用以上三个表的推理规则动态调整PID参数；四.计算出左右电动推进器的控制电压U：U(t)lU(t)r=e(t)∫e(t)dtde(t)dtKplKprKilKirKdlKdr]]>将其离散化可化为：UlkUrk=e(k)Σi=0ke(k)e(k)-e(k-1)KplKprKilKirKdlKdr]]>其中e(k)为所述距离偏差e在k时刻的值,与分别表示在k时刻左侧和右侧的电压值，增量式PID控制算法方程如下：ΔUlkΔUrk=e(k)-e(k-1)e(k)e(k)-2e(k-1)+e(k-2)KplKprKilKirKdlKdr]]>分别表示k时刻左侧和右侧施加于电机上的电压增量；五.运用步骤四得到的电压增量分别施加于所述左右电动推进器，推动所述水面艇前进。