欢迎来到知嘟嘟! 联系电话:13336804447 卖家免费入驻,海量在线求购! 卖家免费入驻,海量在线求购!
知嘟嘟
我要发布
联系电话:13336804447
知嘟嘟经纪人
收藏
专利号: 2023104470429
申请人: 安徽建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2026-02-06
缴费截止日期: 暂无
价格&联系人
年费信息
委托购买

摘要:

权利要求书:

1.一种低能耗的无人船巡航方法,包括岸基子系统和无人船子系统,其特征在于:所述无人船子系统包括定位导航模块、激光雷达模块、电池模块、动力控制模块和工控机,所述工控机通过WiFi模块与地面站无线连接,具体步骤如下:步骤一:参数获取、包括无人船参数数据和任务水域环境数据;

步骤二:模型带入、在不考虑无人船自身弱电部分的电量消耗外,无人船所消耗的能量可以理解为螺旋桨在克服环境阻力的情况下,驱动船匀速行驶一段距离所做的功,则根据公式式中m为无人船重量,X

可以得到无人船在有干扰环境中匀速直线行驶的能量消耗模型:W=W

式中τ

直接求出,x、y、ψ分别代表无人船运动的距离及转角;

在一个具体的水域中,我们首先可以利用特定设备获取水面风速、流速、浪高环境等级,并计算出对船运动产生的干扰大小,再按照式(1)动力学模型,推导出无人船以某速度匀速行驶所需推力大小,最后通过式(2)能耗模型可以求解无人船在该速度下的单位能耗,在风浪环境中,随着船速越高,船所受阻力越大,维持特定速度匀速行驶便需要更大推力,会加大能耗,所以能够利用该模型求解出最低能耗行驶速度;

步骤三:无人船当前信息获取、无人船控制子系统得到的岸基子系统发布的规划路径,规划路径具体为是由一系列转化成直角坐标系行驶的点坐标组成,这些点依次连接形成多条直线路径,每条直线都能计算出与正北方向的夹角,作为船期望航向角ψ步骤四:偏差计算、通过可变半径的自适应LOS引导律,也就是将视距圆半径拓展为n倍船长加上可变的横向最小偏移距离,具体如下:

1)计算当前无人位置与期望路径之间的最小横向偏离距离r

2)以R=r

3)计此时的视线航向角ψ

4)求出期望航向调整量δ

按照改进后的LOS算法,可以帮助无人船在有较大航向偏差时也很快求得航向角偏差大小;

步骤五:偏差调整、无人船控制子系统利用求得的船与航线的横向偏移距离r其中y

根据计算出需要调整的舵角δ

δ

式中ψ

步骤六:低能耗、无驱动停船、采用提前停止制动,利用水阻力减速的方法减速过冲,降低能耗;具体步骤为:

1)进行停船实验,测试从最优能耗速度V

2)将总长度为X的规划直线分为匀速段XX=X

3)在匀速段进行PID速度控制,航速控制方程为;

u

将匀速段巡航时的目标航速为最低能耗速度V

4)在停船段,即离终点距离还剩X

考虑到无人船在运动到某一终点时会直接前往下一点,并不需要精准地停留在某一点处,故认为在终点一个船宽半径圆范围内均可。

2.根据权利要求1所述的一种低能耗的无人船巡航方法,其特征在于:步骤一中无人船参数数据和任务水域环境数据包括船长、两个推进器的间距、迎风面积、风速风向、波浪高和流速流向。

3.根据权利要求1所述的一种低能耗的无人船巡航方法,其特征在于:步骤二中利用模型求解最低能耗的行驶速度的具体步骤为:

1)获取船长、船宽、迎风面积参数、利用CFD仿真得出无人船具体的水动力导数;

2)获取任务水域风速风向、波高波长、流速流向环境参数;

3)将1)和2)中获取的数据带入公式(1)中得到无人船动力学模型;

4)设置一组符合实际任务需求的无人船巡航速度,无人船按照这些巡航速度分别行驶一段距离,按照公式(2)计算不同巡航速度行驶时的整体能量消耗;

5)求出能耗最低的一组,得到最低能耗速度V

4.根据权利要求1所述的一种低能耗的无人船巡航方法,其特征在于:步骤四中具体的可变半径的自适应LOS引导律算法步骤为从(4)到(8):若一条期望路径起始点分别为B(bx,by)、E(ex,ey),无人船位置为P(x,y);无人船现在位置偏离现在期望路径的最小距离r