一种无人船位置的模拟推算方法技术

本发明专利技术公开了一种无人船位置的模拟推算方法，其通过模拟无人船推进器的推力计算实现了模拟无人船在水中的运动场景并推算无人船的位置和速度，简化了推算过程，更便于研发人员研究无人船的运动控制，提高开发效率，可以将其应用于无人船运动仿真领域。将其应用于无人船运动仿真领域。将其应用于无人船运动仿真领域。

【技术实现步骤摘要】
一种无人船位置的模拟推算方法


[0001]本专利技术涉及无人船位置的模拟推算
，尤其涉及一种无人船位置的模拟推算方法。

技术介绍

[0002]无人船是一种无人海洋智能运载平台，能够应用于海上搜救、水质监测和反恐侦查等军事和民用领域，因其可执行低成本、高效率和无人化的作业任务而受到广泛关注。为实现无人船海上自主作业，无人船运动控制的快速性、准确性以及鲁棒性亟待提高，而船舶运动数学模型是船舶运动控制研究领域的核心。为推动无人船的研发，需采用方便且快捷的船体运动模型来模拟无人船运动，因此，无人船位置的推算的对于无人船控制系统的研发至关重要。

技术实现思路

[0003]本专利技术所解决的技术问题是提供一种无人船位置的模拟推算方法，其通过模拟无人船在水中的运动场景模拟推算无人船的位置和速度，其可以应用于无人船运动仿真领域，该方法模拟了无人船推进器的推力计算，简化了推算过程，更便于研发人员研究无人船的运动控制，提高开发效率。
[0004]本专利技术所采用的技术方案内容具体如下：
[0005]一种无人船位置的模拟推算方法，包括如下步骤：
[0006]S1：基于每个无人船推进器对无人船的控制命令信息，获取每个无人船推进器的推力大小和推力方向；
[0007]S2：基于每个无人船推进器的推力大小和推力方向，获取无人船推进器对无人船的总推力；
[0008]S3：基于无人船的模型参数和无人船相对于水流的速度，获取无人船的水动力；
[0009]S4：基于无人船推进器对无人船的总推力和无人船的水动力，获取无人船的位置信息。
[0010]作为上述方案的优选，所述控制命令信息包括每个无人船推进器对无人船的期望推力值、期望推力方向、最大推力值、最大推力方向、最小推力值和最小推力方向。
[0011]作为上述方案的优选，所述无人船每个推进器的推力大小为T
i
，且其中：T
iexp
为第i个推进器的期望推力值，T
imax
为第i个推进器的最大推力值，T
imin
为第i个推进器的最小推力值；
[0012]所述无人船每个推进器的推力方向为q
i
，
[0013]且其中：q
iexp
为第i个推进器的期望推力
方向，q
imax
为第i个推进器的最大推力方向，q
imin
为第i个推进器的最小推力方向。
[0014]作为上述方案的优选，基于每个无人船推进器的推力大小和推力方向，获取无人船推进器系统对无人船的总推力包括如下步骤：
[0015]S21：基于每个无人船推进器的推力大小和推力方向计算每个无人船推进器对无人船的推力，且无人船推进器对无人船的推力包括纵向推力、横向推力和艏向推力力矩，具体为：X
i
＝T
i
×
cos(q
i
),Y
i
＝-T
i
×
sin(q
i
),N
i
＝-X
i
×
l
yi-Y
i
×
l
xi
，其中：X
i
为第i个无人船推进器对无人船的纵向推力，Y
i
为第i个无人船推进器对无人船的横向推力，N
i
为无人船推进器对无人船的艏向推力力矩，l
xi
为无人船推进器的纵向力臂，l
yi
为无人船的横向力臂；
[0016]S22：基于每个无人船推进器对无人船的推力，计算无人船推进器对无人船的总推力，且无人船推进器对无人船的总推力包括纵向总推力、横向总推力和艏向总推力力矩，具体为：其中：X
P
表示纵向总推力，Y
P
表示横向总推力，N
P
表示艏向总推力力矩，n表示无人船推进器的数量。
[0017]作为上述方案的优选，无人船的水动力包括惯性水动力和粘性水动力，且基于无人船的模型参数和无人船相对于水流的速度，获取无人船的水动力包括如下步骤：
[0018]S31：基于无人船的模型参数计算惯性水动力，且惯性水动力包括纵向附加质量m
x
、横向附加质量m
y
和附加惯性矩I
zz
、J
zz
，且纵向附加质量m
x
、横向附加质量m
y
和附加惯性矩I
zz
、J
zz
利用船舶分离型运动模型计算得到。
[0019]S32：基于无人船的模型参数和无人船相对于水流的速度计算粘性水动力，且粘性水动力包括无人船的纵向力X
H
、横向力Y
H
和艏向力矩N
H
，且纵向力矩X
H
、横向力矩Y
H
和艏向力矩N
H
利用井上模型进行水动力计算得到。
[0020]作为上述方案的优选，基于无人船推进器对无人船的总推力和无人船的水动力，获取无人船的位置信息包括如下步骤：
[0021]S41：基于无人船推进器对无人船的总推力、无人船的惯性水动力和无人船的粘性水动力计算无人船的加速度，具体为：
[0022][0023][0024][0025]其中：m、m
x
、m
y
分别表示船舶的质量、纵向附加质量和横向附加质量；分别表示无人船的纵向加速度、横向加速度和艏向加速度；u
r
、υ
r
表示无人船相对于水流的纵向速度和横向速度；u
c
、υ
c
表示船体坐标系下的流速分量；r表示无人船的艏向速度；X
H
(u
r
,υ
r
,r)、Y
H
(u
r
,υ
r
,r)、N
H
(u
r
,υ
r
,r)分别表示流速作用下船体在纵向、横向和艏向上的水动力和力矩，具体计算参考公式(1)，式中的速度项输入为相对流速；X
P
、Y
P
、N
P
分别表示推进器作用于船体上的纵向推力、横向推力和艏向力矩。根据已有的研究，以上参数的具体计算方式可参考船体在静水中所受力的经验表达式。
[0026]S42：基于无人船的加速度计算无人船的速度，具体为：S42：基于无人船的加速度计算无人船的速度，具体为：其中：u
t
、υ
t
以及r
t
分别表示无人船在t时刻时的纵
向速度、横向速度和艏向速度；u
t-1
、υ
t-1
及r
t-1
分别表示无人船在(t-1)时刻时的纵向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人船位置的模拟推算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：基于每个无人船推进器对无人船的控制命令信息，获取每个无人船推进器的推力大小和推力方向；S2：基于每个无人船推进器的推力大小和推力方向，获取无人船推进器对无人船的总推力；S3：基于无人船的模型参数和无人船相对于水流的速度，获取无人船的水动力；S4：基于无人船推进器对无人船的总推力和无人船的水动力，获取无人船的位置信息。2.根据权利要求1所述的模拟推算方法，其特征在于，所述控制命令信息包括每个无人船推进器对无人船的期望推力值、期望推力方向、最大推力值、最大推力方向、最小推力值和最小推力方向。3.根据权利要求2所述的模拟推算方法，其特征在于，每个所述无人船推进器的推力大小为T
i
，且其中：T
iexp
为第i个无人船推进器的期望推力值，T
imax
为第i个无人船推进器的最大推力值，T
imin
为第i个无人船推进器的最小推力值；每个所述无人船推进器的推力方向为q
i
，且其中：q
iexp
为第i个无人船推进器的期望推力方向，q
imax
为第i个无人船推进器的最大推力方向，q
imin
为第i个无人船推进器的最小推力方向。4.根据权利要求3所述的模拟推算方法，其特征在于，基于每个无人船推进器的推力大小和推力方向，获取无人船推进器对无人船的总推力包括如下步骤：S21：基于每个无人船推进器的推力大小和推力方向计算每个无人船推进器对无人船的推力，且无人船推进器对无人船的推力包括纵向推力、横向推力和艏向推力力矩，具体为：X
i
＝T
i
×
cos(q
i
),Y
i
＝-T
i
×
sin(q
i
),N
i
＝-X
i
×
l
yi-Y
i
×
l
xi
，其中：X
i
为第i个无人船推进器对无人船的纵向推力，Y
i
为第i个无人船推进器对无人船的横向推力，N
i
为无人船推进器对无人船的艏向推力力矩，l
xi
为无人船推进器的纵向力臂，l
yi
为无人船的横向力臂；S22：基于每个无人船推进器对无人船的推力，计算无人船推进器对无人船的总推力，且无人船推进器对无人船的总推力包括纵向总推力、横向总推力和艏向总推力力矩，具体为：其中：X
P
表示纵向总推力，Y
P
表示横向总推力，N
P
表示艏向总推力力矩，n表示无人船推进器的数量。5.根据权利要求4所述的模拟推算方法，其特征在于，无人船的水动力包括惯性水动力和粘性水动力，且基于无人船的模型参数和无人船相对于水流的速度，获取无人船的水动力包括如下步骤：S31：基于无人船的模型参数计算惯性水动力，且惯性水动力包括纵向附加质量m
x
、横向附加质量m
y
和附加惯性矩I
zz
、J<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘梦佳，邵宇平，刘之佳，杨咏林，叶艳军，
申请(专利权)人：北京四方继保自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：