【USV控制】基于LOS导航算法直线路径跟踪和PID控制实现USV路径跟踪仿真附Matlab代码

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🔥 内容介绍

基于 LOS 导航算法的直线路径跟踪与 PID 控制结合，是实现 USV 精准轨迹跟随的经典方案，核心是通过 LOS 计算期望航向，再用 PID 调节艏向和速度来消除偏差。

一、核心原理：LOS 与 PID 的协同逻辑

整个控制系统分为 “路径解算” 和 “运动控制” 两层，LOS 和 PID 分别承担不同角色，形成闭环控制。

1. LOS 导航算法（路径解算层）

   ：负责将 “直线路径” 转化为 USV 可执行的 “期望航向角”。

   • 输入：USV 当前位置（经纬度 / 平面坐标）、直线路径的起点和终点坐标。

   • 计算：通过 LOS 算法（如传统纯追踪、改进型 LOS）计算当前位置到直线路径的 “横向偏差” 和 “期望艏向角”，确保 USV 始终朝向路径的 “虚拟目标点” 行驶。

2. PID 控制（运动控制层）

   ：负责将 “期望航向角” 转化为 “执行器指令”（如舵角、推进器转速）。

   • 输入：LOS 输出的期望航向角、USV 当前的实际航向角、当前实际速度。

   • 输出：通过航向 PID 控制器计算出舵角指令，通过速度 PID 控制器计算出推进器转速指令，驱动 USV 调整姿态和速度，消除航向偏差和速度偏差。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

% Reference: Improved line-of-sight trajectory tracking control of

% under-actuated AUV subjects to ocean currents and input saturation

% check input and state dimentions

if nargin ~=4,error('input number must be 4!');end

if length(x) ~=6,error('state x number must be 6!');end

if length(tao) ~=3,error('ctr input tao number must be 3!');end

if length(current) ~=2,error('current input tao number must be 2!');end

if length(d) ~=3,error('diturbance taod number must be 3!');end

%% USV state:

u=x(1);

v=x(2);

r=x(3);

V = [u v r]';

psai=x(6);

tu = tao(1);

tr = tao(3);

%% curremt

Vx=current(1);

Vy= current(2);

Vc = [Vx Vy 0]';

%% diturbance

fdu = d(1);

fdv = d(2);

fdr = d(3);

%% USV parameters

m = 23.8; Xudot = -2; Nvdot = 0; Iz = 1.76; Yvdot =

🔗 参考文献

[1]伊戈、刘忠、张建强、董蛟.基于改进终端滑模控制的USV航向跟踪控制方法[J].电光与控制, 2020, 27(10):6.DOI:10.3969/j.issn.1671-637X.2020.10.003.

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