一种基于模糊控制的无人水面艇直线路径跟踪方法

摘要

本发明公开了一种基于模糊控制的无人水面艇直线路径跟踪方法，采用模糊控制器将无人水面艇到目标路径的垂直距离Δh、无人水面艇的实际航行方向与给定路径方向的夹角Δθ，经过模糊化、模糊推理和去模糊化，得出无人水面艇左侧、右侧推进电机的电压变化值ΔU_l、ΔU_r，通过计算得到左侧推进电机的输入电压U_l和右侧推进电机的输入电压U_r，进而控制无人水面艇路径，无人水面艇的当前状态作为反馈环节返回到模糊控制器输入端。采用本发明方法能平稳、准确跟踪目标路径，直线路径控制精确度高，易于实施，有较高的智能性，本发明为无人水面艇直线路径跟踪提供了一种新的方法。

主权项

一种基于模糊控制的无人水面艇直线路径跟踪方法，采用模糊控制器将无人水面艇到目标路径的垂直距离Δh、无人水面艇的实际航行方向与给定路径方向的夹角Δθ，经过模糊化、模糊推理和去模糊化，得出无人水面艇左侧、右侧推进电机的电压变化值ΔU_l、ΔU_r，通过计算得到左侧推进电机的输入电压U_l和右侧推进电机的输入电压U_r，进而控制无人水面艇路径，无人水面艇的当前状态作为反馈环节返回到模糊控制器输入端；所述的模糊控制器包括Δh和Δθ计算模块、模糊化模块、模糊推理单元和去模糊化模块，所述Δh和Δθ计算模块将精确值输出给模糊化模块，模糊化模块将模糊值输出给模糊推理单元，模糊推理单元将模糊值输出给去模糊化模块，去模糊化模块将ΔU_l、ΔU_r输出给无人水面艇；所述的模糊推理单元包括决策逻辑模块和知识库模块，所述决策逻辑模块与模糊化模块、去模糊化模块单向连接，决策逻辑模块与知识库模块双向连接；其特征在于，所述的垂直距离Δh采用向量叉积方法计算，目标路径起始点A(x_n,y_n)，终止点B(x_m,y_m)，无人水面艇质心坐标O(x,y)，坐标单位向量分别为则$\overrightarrow{AB}\times \overrightarrow{AO}=\left[\begin{array}{ccc}\overrightarrow{i}& \overrightarrow{j}& \overrightarrow{k}\\ x_m-x_n& y_m-y_n& 0\\ x-x_n& y-y_n& 0\end{array}\right]=\left(\right(x_m-x_n\left)\right(y-y_n)-(x-x_n\left)\right(y_m-y_n\left)\right)\overrightarrow{k},$根据右手定则，如果ABO三点是顺时针方向分布，则为负值，代表无人水面艇在目标路径的右侧，如果ABO三点是逆时针方向分布，则为正值，代表无人水面艇在目标路径的左侧，无人水面艇到目标路径的垂直距离Δh的计算公式为$\Delta h=-\frac{\overrightarrow{AB}\times \overrightarrow{AO}}{\left|\overrightarrow{AB}\right|}.$