CN106950960B - 一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法，其中作业船主要包括船体、侧桨、推进器和监控***。监控***包括控制单元、导航单元、避障单元、风浪监测单元、无线通信模块和电源***。方法步骤包括：设定作业船的航行路线；检测作业船的工作状态；作业船运动状态的控制；作业船偏离航行路线的调整；作业船躲避障碍物的调整；作业船在目标点处稳定状态的保持。本发明通过使用变向可调速的推进器和对偶侧桨，利用控制单元控制其方向及转速，实现作业船在多种运动方式下的高效航行，同时使用传感器监测作业船运行状态，增强了作业船运动控制的灵活性，有效抵抗风和水流对作业船的影响，在风浪的干扰下使作业船于目标点处保持稳定。

Description

一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法

技术领域

本发明属于湖泊环境监测领域，具体涉及到一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法。

背景技术

作业船在湖泊、水库等地的水环境监测与采样活动中发挥着重要的作用。随着在线水环境监测等技术的发展以及原位样品采集等要求的提出，对作业船的相关运动控制要求也不断提高。使用作业船在水面开展作业能够提高水环境监测与采样的效率，从而获取真实有效的信息。

当前一般的水环境监测与采样活动方式是工作人员驾驶普通作业船只，驶向事先确定好的目标点处，利用水质监测设备在线测量目标点处的水质参数，同时使用采样工具采集水体等样本。这种方式在实际工作中往往费时费力且准确性不高。由于目标点的确定只是根据人工目测大致圈定的一个范围，有时会与真实目标点存在很大的偏差；而且作业船只容易受到风浪的影响，在作业过程中常会偏离目标点较远的地方，工作人员只好重新将作业船只调整回预设的目标点处继续开展未完的监测与采样活动。这样的水面作业活动与原位水质监测、真实样品采集的要求明显不符。随着技术的不断进步，复杂条件和复杂形态的船体自动控制成为可能。例如专利申请号201510760176.1公布的一种水域多功能监测无人船，通过无人控制技术，其无人船集环境监测、水质监测、水质采样等于一体，提高作业船的效率；专利申请号201420260031.6公布的无线控制导航的船用推进器，其使用一个主动力马达和一个转向马达作为推进器***控制船的运动，这和通常的主推进器加舵机***类似；专利申请号201510363887.5公布的动态定位***和方法，根据天气信息(如风、高流速或大浪)调节船舶的航向，实现船舶运行功率的最小化。这些专利虽然在作业船的多功能监测、定位导航、运行功率最小化上提高了不少，但是它们大多采用传统动力***，运动控制不够精细灵活，尤其是在风浪环境的干扰下，不能很好地实现作业船的高效航行和船体稳定，这样也对湖库环境下的水质原位监测与真实样品采集带来不便。

综上所述，现有的作业船在水面的运动方式不够精细灵活，尤其在风浪扰动下更难以为定点持续水上作业提供稳定的环境。需要设计出运动灵活且能够在风浪扰动下实现在水面定点持续稳定的自动定位方法，提高作业船只的工作效率。

本发明研究在国家自然科学基金委科学仪器基础研究专项项目(51327004)资助下完成。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法，能够增强作业船运动控制的灵活性，在风浪环境的干扰下实现作业船的高效航行和船体稳定，同时也具有避障、在线自动定位等特点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法，所述的湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法基于作业船自动控制装置实现，所述的作业船主要包括船体、安装在船体的左右两侧船身上的侧桨、安装在船体尾处的推进器和监控***；所述的监控***包括控制单元、导航单元、避障单元、风浪监测单元、无线通信模块和电源***。

所述作业船的运动由对偶侧桨和推进器配合工作进行调节。其对偶侧桨具有调向功能，提供多个方向上的推力，同时其推进速度也可以进行调节，在实际运行中根据不同作业需要对对偶侧桨的推进方向和推进速度进行实时调整。所述推进器是作业船的主推进器，也具调向功能，提供多方向上的推力，同时推进器的推进速度可调，在工作中能根据需要进行推进器速度大小的调整。

所述的控制单元通过感知周围的环境信息，包括实时航向角度信息、定位信息、风浪信息，同时根据事先预设的航行路线信息，经过控制单元的处理，输出信号控制作业船的推进器和对偶侧桨的推进方向和推进速度，从而控制作业船按照预定路线行进或者根据平移、旋转等需求进行运动。

所述的一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法，包括以下步骤：

S1航行路线的设定：根据出船作业任务的需求，预先拟定出发点和多个目标点，参考作业区域的地图，设定好作业船的航行路线；

S2工作状态的检测：将作业船安放在出发点处，检查船上各项设备是否正常运行；

S3作业船运动控制：开启作业船的推进器(3)和对偶侧桨，推动作业船沿着制定好的航行路线前行；

S4作业船偏航调整：检测作业船是否偏离航行路线，若偏离路线则通过调整推进器和对偶侧桨的工作方式，使作业船返回航行路线，若未偏离则作业船继续行驶；

S5作业船避障调整：检测作业船前方是否存在障碍物，若有障碍物则通过调整推进器和对偶侧桨的工作方式，小范围内改变航行路线躲避障碍物，若没有则继续行驶；

S6稳定状态的保持：作业船行驶至目标点处，通过推进器和对偶侧桨的配合工作，使得作业船在风浪的扰动下于目标点处保持船体稳定。

进一步的，所述步骤S1包括以下步骤：

S1-1根据作业需求，在计算机上对作业区域的电子地图上的出发点P₀和多个目标点(P₁,P₂,…,P_n)进行标注；

S1-2结合作业区域的地图以及选定的出发点和目标点，手动添加航行路线

即每顺序相邻两个目标点有一条小航行路线，所有小航行路线构成作业区域总的航行路线；

S1-3通过在电子地图上添加的航行路线，获取制定好的作业船航行路线的一系列地理位置信息；

S1-4根据作业区域的实际情况，添加的航行路线中有的地方需要进行转向，在航行路线需要转向的地方p_k处，计算好作业船的转向角θ_k；

S1-5将航行路线信息和转向信息存入作业船的控制单元中。

进一步的，所述步骤S2包括以下步骤：

S2-1根据作业船上导航单元显示的位置信息，将作业船运送到出发点P₀处；

S2-2检查作业船的各个设备是否正常运行，若正常则可以投入使用，若不正常需查找问题进行检修，维修好后再投入使用。

进一步的，所述步骤S3包括以下步骤：

S3-1当作业船在出发点P₀处核对完设备正常运行后，按照事先规划好的航行路线

作业船开始行进；

S3-2在作业船行进过程中，通过船上导航单元实时反馈位置信息p(t)，通过风浪监测单元实时获取作业船在水面受到的风速

和水流速度

控制单元根据预定航行路线、实时导航信息以及风浪信息，控制推进器和对偶侧桨的运动方向和速度，在风浪扰动下实现作业船前进、平推、旋转等多种运动方式下的高效航行，相应控制输出公式如下：

其中，y(·)为控制单元的输出；x(·)为控制单元的输入；θ₁推进器的角度；θ₂左侧桨的角度；θ₃右侧桨的角度；n₁推进器的转速；n₂左侧桨的转速；n₃右侧桨的转速；

S3-3在航行路线需要转弯的地方p_k处，根据事先计算好的转向角θ_k以及作业船导航单元实时测量的航向角θ_kc(t)，通过控制单元计算作业船需要转向的实际角度θ_kp(t)，计算公式为：

θ_kp(t)＝θ_kc(t)-θ_k

根据实际角度以及感知的其他外部环境信息，输出控制信号调控推进器(2)和对偶侧桨的推进方向和速度。控制输出公式如下：

从而调整船体的姿态进行转向，使得转向后的角度与预定航行路线角度相同。作业船转向后，控制单元控制推进器和对偶侧桨的工作使船继续沿航行路线前行。

进一步的，所述步骤S4包括以下步骤：

S4-1设置一定的阈值范围T₁，在作业船的运行中，每隔s秒钟，检测作业船的位置信息p(t)，计算该位置到航行路线的最短距离l_t：

其中，(x_t,y_t)为点p(t)的位置信息，(x_lt,y_lt)为航行路线上距p(t)最近点的位置信息；

S4-2若l_t≥T₁，则作业船偏离了航行路线，此时先调整作业船体的航向角度与预定航行路线角度一致，然后通过控制单元控制推进器和对偶侧桨的推进方向和速度，使作业船以平推的方式返回到预定航行路线最近的航行点处，最后控制推进器和对偶侧桨的工作使作业船继续沿航行路线前行；

S4-3若l_t<T₁，则作业船未偏离航行路线，作业船继续前行。

进一步的，所述步骤S5包括以下步骤：

S5-1在作业船的行进过程中，设置一定的阈值范围T₂，在该范围内通过避障单元的超声波传感器检测作业船的前方是否存在障碍物；

S5-2若检测到作业船的前方存在障碍物，则通过控制单元控制推进器和对偶侧桨的推进方向和速度，使作业船在小范围内偏离航行路线躲避障碍物，躲避完障碍物后，根据导航单元返回作业船的位置信息，通过控制单元控制推进器和对偶侧桨的推进方向和速度，使作业船重新返回到航行路线中；

S5-3若检测到作业船前方不存在障碍物，则作业船继续沿预定航行路线前行。

进一步的，所述步骤S6包括以下步骤：

S6-1到达目标点P_m后，通过风浪监测单元获取风向信息。若作业船处于逆风中，则通过控制单元控制对偶侧桨使船进行原地旋转调整船体的姿态，使船体与风向呈180°，即船体姿态逆风向。若作业船处在顺风中，则通过控制单元控制对偶侧桨使船进行原地旋转调整船体的姿态，使船体与风向呈0°，即船体姿态与风向相同；

S6-2通过风浪监测单元获取风速和水流速度信息，根据测得的风速

和水流速度

调节推进器和对偶侧桨的转速n₁(t)、n₂(t)、n₃(t)和转向角度θ₁(t)、θ₂(t)、θ₃(t)，使推进力与风浪阻力相平衡，从而使作业船在风浪的扰动下于目标点处保持船体的稳定，即满足

其中，F_推(·)为船受到的推力，F_阻(·)为船受到的风浪阻力；

S6-3设置一定的阈值T₃，通过作业船的导航单元每隔s秒钟检测位置信息，计算当前位置p(t)与该第m个目标点P_m的偏差Δl_m(t)，计算公式为：

其中，(x_t,y_t)为p(t)位置信息，(x_m,y_m)为P_m的位置信息；

S6-4若Δl_m(t)≥T₃，则作业船偏离目标点P_m，根据导航单元返回的作业船位置信息，通过控制单元控制推进器和对偶侧桨的推进方向和速度，使作业船重返目标点P_m处；

S6-5若Δl_m(t)<T₃，则作业船没有偏离目标点P_m，继续保持当前作业船体姿态；

S6-6等待作业船在目标点处的作业完成或者设定T时间后，开始前往下一个目标点P_m+1。

本发明相比于现有技术其效果和益处在于，通过使用具有变向可调速的推进器和对偶侧桨，使作业船的运动控制更加灵活，实现高效航行；利用风浪监测单元获知水面风浪的信息作为作业船姿态调节的参考，有效抵抗风和水流对作业船的影响，保持船体在目标点处的持续稳定，对于需要在目标点处开展一定时间作业的工作者来说，能极大提高其工作效率。

附图说明

图1为本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法中作业船的构成简图；

图2为本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法中监控***的构成图；

图3为本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法的步骤图；

图4为本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法步骤S1的流程图；

图5为本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法步骤S2的流程图；

图6为本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法步骤S3的流程图；

图7为本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法步骤S4的流程图；

图8为本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法步骤S5的流程图；

图9为本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法步骤S6的流程图；

其中：1船体；2-1左侧桨；2-2右侧桨；3推进器；4监控***；4-1控制单元；4-2导航单元；4-3避障单元；4-4风浪监测单元；4-5无线通信模块；4-6电源***。

具体实施方式

以下是结合技术方案(和附图)详细叙述本发明的具体实施方式。

一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法具体说明如下：

图1-图9是本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法的实施例。参见图1，本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法中作业船的构成简图。参见图2，本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法中监控***的构成图。

所述的作业船主要包括船体1、安装船体1左右两侧船身的侧桨2、安装在船体1尾处的推进器3和监控***4；所述的监控***4包括控制单元4-1、导航单元4-2、避障单元4-3、风浪监测单元4-4、无线通信模块4-5和电源***4-6。

进一步的，所述船体1可以由单体船或双体船等多种船体形式构成。

进一步的，所述对偶侧桨2可以使用一般侧推器，即螺旋桨式推进器，也可以使用喷水式推进器，或者其他推进器设备。所述对偶侧桨2具有调向功能，提供多方向上的推力，同时其推进速度也可以进行调节，在实际运行中根据不同作业需要对对偶侧桨2的推进方向和推进速度进行实时调整。所述推进器3是作业船的主推进器，也具有调向功能，提供多方向上的推力，同时推进器3的推进速度可调，在工作中能根据需要进行推进器速度大小的调整。

进一步的，所述的控制单元4-1通过感知周围的环境信息，包括实时航向角度信息、定位信息、风浪信息，同时根据事先预设的航行路线信息，经过控制单元的处理，输出信号控制作业船的推进器3和对偶侧桨2的推进方向和推进速度，从而控制作业船按照预定路线行进或者根据平移、旋转等需求进行运动。

参见图3，本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法，包括以下步骤：

S1航行路线的设定：根据出船作业任务的需求，预先拟定出发点和多个目标点，参考作业区域的地图，设定好作业船的航行路线；

S2工作状态的检测：将作业船安放在出发点处，检查船上各项设备是否正常运行；

S3作业船运动控制：开启作业船的推进器3和对偶侧桨2，推动作业船沿着制定好的航行路线前行；

S4作业船偏航调整：检测作业船是否偏离航行路线，若偏离路线则通过调整推进器3和对偶侧桨2的工作方式，使作业船返回航行路线，若未偏离则作业船继续行驶；

S5作业船避障调整：检测作业船前方是否存在障碍物，若有障碍物则通过调整推进器3和对偶侧桨2的工作方式，小范围内改变航行路线躲避障碍物，若没有则继续行驶；

S6稳定状态的保持：作业船行驶至目标点处，通过推进器3和对偶侧桨2的配合工作，使得作业船在风浪的扰动下于目标点处保持船体稳定。

进一步的，步骤S4和步骤S5在作业船的运行过程中均需持续工作，直到完成整个作业工作。

进一步的，在作业船整个工作中，无线通信模块4-5不停地向岸上监控***中传送作业船实时航线路线、障碍物信息、风浪等信息，用于实时监测作业船状况；

参见图4，本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法中步骤S1包括以下步骤：

S1-1根据作业需求，在计算机上对作业区域的电子地图上的出发点P₀和多个目标点(P₁,P₂,…,P_n)进行标注；

S1-2结合作业区域的地图以及选定的出发点和目标点，手动添加航行路线

即每顺序相邻两个目标点有一条小航行路线，所有小航行路线构成作业区域总的航行路线；

S1-3通过在电子地图上添加的航行路线，获取制定好的作业船航行路线的一系列地理位置信息；

S1-4根据作业区域的实际情况，添加的航行路线中有的地方需要进行转向，在航行路线需要转向的地方p_k处，计算好作业船的转向角θ_k；

S1-5将航行路线信息和转向信息存入作业船的控制单元4-1中。

参见图5，本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法中步骤S2包括以下步骤：

S2-1根据作业船上导航单元4-2显示的信息，将作业船运送到出发点P₀处；

S2-2检查作业船的各个设备是否正常运行，若正常则可以投入使用，若不正常需查找问题进行检修，维修好后再投入使用。

参见图6，本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法中步骤S3包括以下步骤：

S3-1当作业船在出发点P₀处核对完设备正常运行后，按照事先规划好的航行路线

作业船开始行进；

S3-2在作业船行进过程中，通过船上导航单元4-2实时反馈位置信息p(t)，通过风浪监测单元4-4实时获取作业船在水面受到的风速

和水流速度

控制单元4-1根据预定航行路线、实时导航信息以及风浪信息，控制推进器和对偶侧桨的运动方向和速度，在风浪扰动下实现作业船前进、平推、旋转等多种运动方式下的高效航行，相应控制输出公式如下：

其中，y(·)为控制单元的输出；x(·)为控制单元的输入；θ₁为推进器的角度；θ₂为左侧桨的角度；θ₃为右侧桨的角度；n₁为推进器的转速；n₂为左侧桨的转速；n₃为右侧桨的转速；

S3-3在航行路线需要转弯的地方p_k处，根据事先计算好的转向角θ_k以及作业船导航单元4-2实时测量的航向角θ_kc(t)，通过控制单元4-1计算作业船需要转向的实际角度θ_kp(t)，计算公式为：

θ_kp(t)＝θ_kc(t)-θ_k

同时据此输出信号控制推进器3和对偶侧桨2的推进方向和速度：

从而调整船体的姿态进行转向，使得转向后的角度与预定航行路线角度相同。作业船转向后，控制单元4-1控制推进器3和对偶侧桨2的工作使船继续沿航行路线前行。

进一步的，所述反馈的位置信息包括作业船的地理定位信息以及航行角度信息。

参见图7，本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法中步骤S4包括以下步骤：

S4-1设置一定的阈值范围T₁，在作业船的运行中，每隔s秒钟，检测作业船的位置信息p(t)，计算该位置到航行路线的最短距离l_t：

其中，(x_t,y_t)为点p(t)的位置信息，(x_lt,y_lt)为航行路线上距p(t)最近点的位置信息；

S4-2若l_t≥T₁，则作业船偏离了航行路线，此时先调整作业船体的航向角度与预定航行路线角度一致，然后通过控制单元4-1控制推进器3和对偶侧桨2的推进方向和速度，使作业船以平推的方式返回到预定航行路线最近的航行点处，最后控制推进器3和对偶侧桨2的工作使作业船继续沿航行路线前行；

S4-3若l_t<T₁，则作业船未偏离航行路线，作业船继续前行。

参见图8，本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法中步骤S5包括以下步骤：

S5-1在作业船的行进过程中，设置一定的阈值范围T₂，在该范围内通过避障单元4-3中的超声波传感器检测作业船的前方是否存在障碍物；

S5-2若检测到作业船的前方存在障碍物，则通过控制单元4-1控制推进器3和对偶侧桨2的推进方向和速度，使作业船在小范围内偏离航行路线躲避障碍物，躲避完障碍物后，根据导航单元4-2返回作业船的位置信息，通过控制单元4-1控制推进器3和对偶侧桨2的推进方向和速度，使作业船重新返回到航行路线中；

S5-3若检测到作业船前方不存在障碍物，则作业船继续沿预定航行路线前行。

进一步的，避障单元4-3中还可以包含作业船运行中的实时视频获取，用于操作人员实时掌握作业船的运行状态。

参见图9，本发明一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法中步骤S6包括以下步骤：

S6-1到达目标点P_m后，通过风浪测单元4-4获取风向信息。若作业船处于逆风中，则通过控制单元4-1控制对偶侧桨2使船进行原地旋转调整船体的姿态，使船体与风向呈180°，即船体姿态逆风向。若作业船处在顺风中，则通过控制单元4-1控制对偶侧桨2使进行原地旋转调整船体的姿态，使船体与风向呈0°，即船体姿态与风向相同；

S6-2通过风浪监测单元4-4获取当前风速和水流速度信息，根据测量的风速v_f(t)和水流速度调节推进器3和对偶侧桨2的转速n₁(t)、n₂(t)、n₃(t)和转向角度θ₁(t)、θ₂(t)、θ₃(t)，使推进力与风浪阻力相平衡，从而使作业船在风浪的扰动下于目标点处保持船体的稳定，即满足

其中，F_推(·)为船受到的推力，F_阻(·)为船受到的风浪阻力；

S6-3设置一定的阈值T₃，通过作业船的导航单元4-2每隔s秒钟检测位置信息，计算当前位置p(t)与该第m个目标点P_m的偏差Δl_m(t)，计算公式为：

其中，(x_t,y_t)为p(t)位置信息，(x_m,y_m)为P_m的位置信息；

S6-4若Δl_m(t)≥T₃，则作业船偏离目标点P_m，根据导航单元4-2返回的作业船位置信息，通过控制单元4-1控制推进器3和对偶侧桨2的推进方向和速度，使作业船重返目标点P_m处；

S6-5若Δl_m(t)<T₃，则作业船没有偏离目标点P_m，继续保持当前作业船体姿态；

S6-6等待作业船在目标点处的作业完成或者设定T时间后，开始前往下一个目标点P_m+1。

最后应该说明：本说明书虽然通过具体的实施方式详细描述了本发明的具体构成，但是本领域的技术人员应该清楚，本发明并不局限于上述实施例的描述范围，在本专利的实质范围内，进行的各种修改和替换，都应属于本专利的保护范围。

Claims (2)

1.一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法，其特征在于，所述的湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法基于作业船自动控制装置实现，所述的作业船主要包括船体(1)、安装在船体(1)的左右两侧船身的左、右侧桨(2-1、2-2)、安装在船体(1)尾处的推进器(3)和监控***(4)；所述的监控***(4)位于船体(1)上，包括控制单元(4-1)、导航单元(4-2)、避障单元(4-3)、风浪监测单元(4-4)、无线通信模块(4-5)和电源***(4-6)；作业船的运动由对偶侧桨(2)和推进器(3)配合工作进行调节；推进器(3)是作业船的主推进器，推进速度可调；对偶侧桨(2)具有调向功能和推进器(3)具有调向功能，能够提供多方向推力；控制单元(4-1)通过感知周围环境信息，包括实时航向角度信息、定位信息、风浪信息，同时根据事先预设的航行路线信息，经过控制单元的处理，输出信号控制作业船的推进器(3)和对偶侧桨(2)的推进方向和推进速度，从而控制作业船运动；

所述的湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法，具体包括以下步骤：

S1 设定航行路线

根据出船作业任务的需求，预先拟定出发点P₀和多个目标点(P₁,P₂,...,P_n)，参考作业区域的地图，设定好作业船的航行路线

获取航行路线的地理位置信息，即每顺序相邻两个目标点有一条小航行路线，所有小航行路线构成作业区域总的航行路线；根据作业区域实际情况，若添加的航行路线中需要转向，则在需转向的地方p_k处，计算出作业船的转向角θ_k；

S2 检测作业船工作状态

将作业船安运送到出发点P₀处，检查船上各项设备是否正常运行；

S3 控制作业船运动

S3-1 当作业船在出发点P₀处核对完设备正常运行后，开启作业船的推进器(3)和对偶侧桨，推动作业船沿制定好的航行路线

行进；

S3-2 在作业船行进过程中，通过船上导航单元(4-2)实时反馈位置信息p(t)，通过风浪监测单元(4-4)实时获取作业船在水面受到的风速

和水流速度控制单元(4-1)根据预定航行路线、实时导航信息以及风浪信息，控制推进器(3)和对偶侧桨的运动方向和速度，在风浪扰动下实现作业船前进、平推、旋转多种运动方式下的航行，相应控制输出公式如下：

其中，y(·)为控制单元的输出；x(·)为控制单元的输入；θ₁推进器的角度；θ₂左侧桨的角度；θ₃右侧桨的角度；n₁推进器的转速；n₂左侧桨的转速；n₃右侧桨的转速；

S3-3 在航行路线需转弯的p_k处，根据计算好的转向角θ_k以及作业船导航单元实时测量的航向角θ_kc(t)，通过控制单元计算作业船需要转向的实际角度θ_kp(t)，计算公式为：

θ_kp(t)＝θ_kc(t)-θ_k

根据实际角度以及感知的其他外部环境信息，输出控制信号调控推进器(2)和对偶侧桨的推进方向和速度；控制输出公式如下：

调整船体转向，转向后的角度与预定航行路线角度相同；

S4 作业船偏航调整

检测作业船是否偏离航行路线，若偏离路线则通过调整推进器和对偶侧桨的工作方式，使作业船返回航行路线，若未偏离则作业船继续行驶；

S4-1 设置阈值范围T₁，在作业船的运行中，每隔s秒钟，检测作业船的位置信息p(t)，计算该位置到航行路线的最短距离l_t：

其中，(x_t,y_t)为点p(t)的位置信息，(x_lt,y_lt)为航行路线上距p(t)最近点的位置信息；

S4-2 若l_t≥T₁，则作业船偏离航行路线，先调整作业船体的航向角度，使其与预定航行路线角度一致，再使作业船返回至预定航行路线最近的航行点处，最后使作业船继续沿航行路线前行；

S4-3 若l_t＜T₁，则作业船未偏离航行路线，作业船继续前行；

S5 作业船避障调整

检测作业船前方是否存在障碍物，若有障碍物则通过调整推进器和对偶侧桨的工作方式，改变航行路线躲避障碍物，若没有则继续行驶；

S6 保持稳定状态

作业船行驶至目标点处，通过推进器和对偶侧桨的配合工作，在风浪扰动下，保证作业船在目标点处稳定。

2.根据权利要求1所述的一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制方法，其特征在于，所述S6保持稳定状态包括以下步骤：

S6-1 作业船到达目标点P_m后，通过风浪监测单元获取风向信息；若作业船处于逆风中，则通过控制单元控制对偶侧桨使船进行原地旋转调整船体的姿态，使船体与风向呈180°，即船体姿态逆风向；若作业船处在顺风中，则通过控制单元控制对偶侧桨使船进行原地旋转调整船体的姿态，使船体与风向呈0°，即船体姿态与风向相同；

S6-2 通过风浪监测单元获取风速和水流速度信息，根据测得的风速

和水流速度

调节推进器和对偶侧桨的转速n₁(t)、n₂(t)、n₃(t)和转向角度θ₁(t)、θ₂(t)、θ₃(t)，使推进力与风浪阻力相平衡，从而使作业船在风浪的扰动下于目标点处保持船体的稳定，即满足

其中，F_推(·)为船受到的推力，F_阻(·)为船受到的风浪阻力；

S6-3 设置阈值T₃，通过作业船的导航单元每隔s秒钟检测位置信息，计算当前位置p(t)与第m个目标点P_m的偏差Δl_m(t)，计算公式为：

其中，(x_t,y_t)为p(t)位置信息，(x_m,y_m)为P_m的位置信息；

S6-4 若Δl_m(t)≥T₃，则作业船偏离目标点P_m，根据导航单元返回的作业船位置信息，通过控制单元控制推进器和对偶侧桨的推进方向和速度，使作业船重返目标点P_m处；

S6-5 若Δl_m(t)＜T₃，则作业船没有偏离目标点P_m，继续保持当前作业船体姿态；

S6-6 等待作业船在目标点处的作业完成或者设定T时间后，开始前往下一个目标点P_m+1。

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