江苏大学学报(自然科学版)

作者：秦云，张成成

单位：（江苏大学 电气信息工程学院， 江苏 镇江 212013）<br />

关键词：无人作业船,自动导航,坐标变换,数据融合,航迹跟踪算法

基金：国家自然科学基金资助项目（62173162）

为了提高原有导航系统中低成本传感器的数据检测精度和船体航迹跟踪的控制效果，引入数据融合算法并提出了一种新型的航迹跟踪算法.导航系统首先对船体进行多次坐标变换，通过两次卡尔曼滤波器融合出更精准的船体航向角、坐标和速度；其次提出了一种基于消除航迹速度偏差和航向角偏差的控制算法，将传统的PID控制器设计成由PI控制器和微分控制器组成的串级控制系统，作为内环的微分量正好由现有的加速度计和陀螺仪检测变送，省去了对微分参数的调节，对检测精度不高的系统也可以有较好的控制效果；最后解算出船体两个明轮各自需要的出力情况，以提高航迹跟踪效果.在试验平台上控制无人作业船进行多次巡航试验，通过上位机实时监测船体的状态数据和运行轨迹，并对整体优化后的航迹跟踪效果进行了分析.结果表明：经卡尔曼滤波器融合后的航向角、定位和速度，数据方差更小，更接近于理想值；对于控制算法，系统的超调量不超过3%，响应速度足够快，且稳态误差接近0；航迹跟踪的直线段成功率由优化前的80%提升到了95%，拐弯段的成功率由优化前的60%提升到了90%，直线段的最大偏航平均距离由优化前的0.83 m降到了0.12 m，拐弯段的最大偏航平均距离由优化前的1.25 m降到了0.22 m；拐弯后平均需要0.95 m长的调整距离就可以进入直行状态，直线段和拐弯段的跟踪效果明显得到了改善.

来源：2024年第4期

《江苏大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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