葡萄牙高等技术学院学生使用Xsens MTi控制太阳能水翼艇

Técnico solar boat项目是葡萄牙高等技术学院工程专业跨年级学生们正在研发的一个项目。来自工程专业的学生们合作开发了太阳能船，他们的主要目的是参加世界级的的太阳能船比赛。在2019年Técnico solar boat团队参加了摩纳哥太阳能船挑战赛，并最终获得了第二名的好成绩。

图：Técnico solar boat团队

Técnico solar boat团队研发新型太阳能水翼艇并进行测试

今年由于新冠肺炎没有比赛，所以他们在今年准备挑战一下自己——驾驶太阳能船环游葡萄牙。这场旅程被他们称作奥德赛2020。奥德赛2020分为4段旅程：团队首先要通过杜罗河，之后再通过塔霍河，然后团队将沿着阿尔阿比达自然公园继续前进，最终他们将到达阿尔加维南部海岸。

据Técnico solar boat团队解释，奥德赛2020活动的主要目的是像公众展示这艘他们制作研发的太阳能水翼艇，并对改进之后的太阳能水翼艇进行测试。事实上Técnico solar boat团队在2019/2020赛季对他们的太阳能水翼艇做出了多项改进，其中一项就是通过Xsens MTi-G-710惯性传感器控制水翼艇的水翼。

水翼艇可以利用水中的水翼通过飞机机翼爬升的原理将船体拖到水面上方使得船体不直接接触到水面，只有水翼、船舵和螺旋桨位于水面下方。水翼船可以减少船在水中的阻力，以达到快速航行的目的。对于太阳能船来说水翼艇的形式可以让船体在相同速度下消耗更少的能量提升船只的续航能力。Técnico solar boat团队这几年以来一直致力于水翼艇的研究，而现在他们终于将这一研究变为现实。

Xsens MTi-G-710传感器对水翼艇有什么帮助？

为了保证水翼艇平稳的航行，水翼艇必须实时调整水翼在水中的角度，而这些角度必须要经过精确地计算才能得到，为此就必须要设计一套自动控制系统来帮助水翼艇自动调整水翼的迎角角度。

图：传感器位于太阳能水翼艇的位置

这套控制器使用惯性传感器Xsens MTi-G-710进行控制并精确的安装在船体上。为了进行精确的计算和调整水翼角度，控制器运用了不同的状态变量，而且每一个变量都被尽可能地预估在一个精确地范围，这要归功于Xsens高测量精度的全球导航卫星系统/惯性导航系统。Técnico solar boat团队可以直接使用7个状态变量中的6个来进行计算。

这6个变量分别是：

倾斜度 θ,

倾斜率变化量 θ˙,

转动度 φ,

转动度变化量 φ˙,

垂直速度 w,

水平速度 u

而第7个状态变量来自于船头的超声波传感器，它被用于测量船头到水面的距离。控制器的处理芯片可以通过这7个状态变量以每隔50毫秒更新一次的速度计算出水翼正确的迎角以确保水翼艇的平稳航行。

图：奥德赛2020航行数据

得益于Xsens MTi-G-710惯性传感器的优秀表现，数据显示新一代的太阳能水翼艇可以以7米/秒的速度航行，船体距离水面的高度也一直保持在50公分左右，而船体的倾斜角度趋近于0度。这种情况在水面上行驶中持续了300秒，也就是5分钟。之后由于转弯中有一些颠簸我们也能看到水翼的左右两翼进行了自动的调整。

图：太阳能水翼艇航行中

奥德赛2020对于整个Técnico solar boat团队来说是一个巨大的挑战。但结果却非常的成功，团队在整个航行期间遇到了不同种类的水面情况：海浪、洋流、大风等等。在所有这些条件下，太阳能水翼艇的控制器都有着非常强劲的表现，当然控制器优异的表现背后也离不开Xsens 惯性测量单元的支持。

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