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申请/专利权人：杭州电子科技大学

摘要：本发明涉及一种基于侧滑补偿ILOS制导律的无人艇路径跟踪方法。本发明基于欠驱动的无人艇构造了改进的ILOS制导律结合滤波扩张状态观测器FESO的无人艇路径跟踪控制模型，实现了无人艇在外界干扰情况下侧滑角精确地补偿，从而实现对期望路径更好的跟踪。还对目前存在的PID参数试凑法进行改进，引入基于改进的遗传算法对PID参数进行自整定，减少了调试的时间，且可以快速找到最合适的PID参数。与传统试凑法和LOS制导律相比，本发明的跟踪精度和控制器抗干扰有了较大提升。

主权项：1.基于侧滑补偿ILOS制导律的无人艇路径跟踪方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1：建立无人艇三自由度运动数学模型：1采用附体坐标系和惯性坐标系来描述无人艇在实际环境的运动状态；2选取附体坐标系中的纵荡、横荡和艏摇三自由度分别表示无人艇纵向位移x和纵向速度u、横向位移y和横向速度v、艏向角ψ和艏摇角速度r；步骤2：根据无人艇三自由度运动数学模型，计算路径跟踪误差：1获取无人艇的当前位置信息和预先设定的参考路径信息；2以附体坐标系的原点在参考路径上的投影点作为原点，建立切线坐标系；3借助步骤1中的坐标系以及2中的切线坐标系，计算路径跟踪误差；步骤3：根据路径跟踪误差和传统LOS制导律，设计带滤波的扩张状态观测器FESO来估计时变的侧滑角：1根据路径跟踪误差以及传统LOS制导律，计算出航向角与侧滑角的关系、航向角与横向路径跟踪误差和前瞻距离的关系；2分析横向路径跟踪误差与前瞻距离的关系，设计基于时变的前瞻距离；3根据横向路径跟踪误差、侧滑角和航向角，引入对横向路径跟踪误差的滤波，设计带滤波的扩张状态观测器，实现对侧滑角自适应估计；步骤4：根据估计的侧滑角以及时变的前瞻距离，设计侧滑补偿的改进ILOS制导律：1根据步骤3中时变的前瞻距离，替换原来定长的前瞻距离；2根据步骤3中估计的侧滑角，加入到ILOS制导律中，从而实现对外界干扰的精确补偿；步骤5：根据侧滑补偿的改进ILOS制导律，设计基于自整定的PID的艏向控制器： 其中，Kp是比例增益、Ki积分增益和Kd积分增益；ψe＝ψd-γp，δt是控制指令；γp是参考路径在投影点xpω，ypω的切线参考系相对惯性坐标系的顺时针旋转角度，ψd是改进ILOS制导律；采用改进遗传算法对PID的艏向控制器中的Kp、Ki和Kd参数进行自整定；通过对不同的Kp、Ki和Kd参数产生的控制效果进行评价，选取最适合的参数；选择横向路径跟踪误差以及航向偏差作为评价指标，将改进遗传算法的评价函数f设计为：f＝∫0∞w1|yet|+w2δ2tdt其中yet为随时间变化的横向路径跟踪误差，δt为控制指令，w1和w2分别为加权系数。

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