[发明专利]一种基于模糊自适应算法的无人艇航向航速协同控制方法

摘要

本发明公开了一种基于模糊自适应算法的无人艇航向航速协同控制方法，针对常规控制方法中运动模型较难精确确定，动态响应不理想、抗干扰能力较弱等问题，采用模糊控制算法改善了USV控制方法在不确定水面条件下的适应度，避免了常规方法中的船体运动建模问题；提出了改进的两输入两输出USV模糊控制算法，增加了距离模糊域函数作为算法输入，并将航向和航速都纳入自主控制范围，进行协同控制，提高了USV运动控制的收敛速度，增强了控制的鲁棒性；采用航向角偏差率作为运行环境不确定性和运行状态偏差程度的度量，自动调节控制间隔参数，使控制算法能够根据控制环境的变化，自适应的调整控制参数，进一步增强了自主控制系统的智能性。

主权项

一种基于模糊自适应算法的无人艇航向航速协同控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：获取并设定无人艇自主航行目标点经纬度坐标；步骤2：采集无人艇的经纬度、航向角：步骤3：比对所述采集的经纬度与所述无人艇自主航行目标点经纬度是否相同，相同则返回步骤1，不相同则继续下一步骤；步骤4：根据采集的经纬度和航向角计算无人艇与目标点的航向角偏差量P和直线距离偏差量D；步骤5：对所述航向角偏差量P和直线距离偏差量D进行模糊自适应控制算法的解算，获得所述航向角偏差量P和直线距离偏差量D在模糊集合中的隶属度函数；步骤6：由所述航向角偏差量P和直线距离偏差量D在模糊集合中的隶属度函数计算并输出舵角偏转控制量U和油门开度控制量V，舵角偏转控制量U和油门开度控制量V分别对应于对无人艇的航向和航速控制；步骤7：按一定周期时间循环操作步骤2至6；所述步骤6的具体步骤包括：步骤6.1：对所述舵角偏转控制量U引入舵角偏转控制量隶属度函数Uj,Uj={x,μUj(x)|x∈[-25,25]}]]>式中舵角偏转控制量隶属度函数Uj是一个标识号为j的模糊集合，j∈整数，为偏差量属于各个模糊集合的隶属度函数，令j＝‑2，‑1，0，1，2分别代表了负向大NB，负向小NS，零偏差ZE，正向小PS，正向大PB，Uj的隶属度函数簇为：μU-2(x)=1-|x+205|,|x+20|<50,|x+20|≥5]]>μU-1(x)=1-|x+1010|,|x+10|<100,|x+10|≥10]]>μU0(x)=1-|x5|,|x|<50,|x|≥5;]]>μU1(x)=1-|x-1010|,|x-10|<100,|x-10|≥10]]>μU2(x)=1-|x-205|,|x-20|<50,|x-20|≥5;]]>步骤6.2：对所述油门开度控制量V引入油门开度控制量隶属度函数Vj，Vj={x,μVj(x)|x∈[0,60]}]]>式中所述油门开度控制量隶属度函数Vj是一个标识号为j的模糊集合，j∈整数，为偏差量属于各个模糊集合的隶属度函数，令j＝0，1，2分别代表零油门Z，小油门S，大油门B，Vj的隶属度函数簇为：μV0(x)=1-x10,0<x≤100,x>10]]>μV1(x)=1-|x-3030|,|x-30|<300,|x-30|≥30]]>μV2(x)=0,x≤30x-3030,30<x≤601,x>60;]]>步骤6.3：引入中间变量ωi、ωk，i∈整数，k∈整数，计算公式为：其中符号“∧”指取小，即取交集；为Pi的隶属度函数簇，为Pk的隶属度函数簇，为Di的隶属度函数簇，为Dk的隶属度函数簇；步骤6.4：根据所述中间变量ωi、ωk计算舵角偏转控制量U，计算公式为：μU(x)＝[ωi∧μUi(x)]∪[ωk∧μUk(x)]U=∫xμU(x)dx∫μU(x)dx;]]>步骤6.5：根据所述中间变量ωi、ωk计算油门开度控制量V，计算公式为：μV(x)＝[ωi∧μVi(x)]∪[ωk∧μVk(x)]V=∫xμV(x)dx∫μV(x)dx;]]>步骤6.6：计算单位时间航向角偏差率Pt＝P/t，单位取角度/秒；步骤6.7：当所述航向角偏差率Pt＞30角度/秒时，控制间隔为1秒；当30角度/秒＞所述航向角偏差率Pt＞5角度/秒时，控制间隔为2秒；当所述航向角偏差率Pt<5角度/秒时，控制间隔为5秒。