检索结果-内蒙古大学图书馆

控制与决策 2025年第1期40卷 187-195页

作者：王宁贾薇吴浩峻大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116026 大连市智能船舶绿色动力控制与测试重点实验室辽宁大连116026 水路交通控制全国重点实验室辽宁大连116026

海洋环境复杂多变,为提升欠驱动无人船(underactuated marine vehicle,UMV)的自主航行与故障应对能力,提出基于有限时间正切漂角视线制导的指令滤波路径跟踪控制策略.在包括内部动力学未知、时变大漂角和执行器故障的复杂情况下,该策略... 详细信息

海洋环境复杂多变,为提升欠驱动无人船(underactuated marine vehicle,UMV)的自主航行与故障应对能力,提出基于有限时间正切漂角视线制导的指令滤波路径跟踪控制策略.在包括内部动力学未知、时变大漂角和执行器故障的复杂情况下,该策略可使UMV在有限时间内遵循所需的路径.首先,构建有限时间漂角观测器,用于快速精准地估计时变大漂角;随后,引入有限时间正切漂角视线制导律,不仅能提升制导性能,还能有效避免因非光滑制导指令产生高频震荡导致UMV失稳;此外,通过采用有限时间指令滤波控制技术降低计算负担,并提出滤波补偿方案减少滤波误差;最后,基于径向基函数神经网络和有限时间理论,设计自适应有限时间容错路径跟踪控制器,使得UMV的纵向速度和艏向角跟踪误差在有限时间内能够收敛到原点附近的小邻域.仿真实验验证了所提出方案的有效性和优越性.

关键词：欠驱动无人船有限时间正切漂角视线制导指令滤波路径跟踪控制神经网络

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

基于改进人工势场法的欠驱动无人船编队协同避碰避障

引用

控制与决策 2025年第1期40卷 252-260页

作者：李伟张永超宁君马昊冉刘陆彭周华大连海事大学航海学院辽宁大连116026 大连海事大学船舶电气工程学院辽宁大连116026

提出一种基于改进人工势场法且带有输入量化的欠驱动无人船编队协同避碰避障策略.借鉴导弹制导与控制机理,分层设计无人船运动学制导律与动力学控制律.首先,基于辅助变量法在无人船运动学子系统中设计分布式制导律,并引入改进人工势场... 详细信息

提出一种基于改进人工势场法且带有输入量化的欠驱动无人船编队协同避碰避障策略.借鉴导弹制导与控制机理,分层设计无人船运动学制导律与动力学控制律.首先,基于辅助变量法在无人船运动学子系统中设计分布式制导律,并引入改进人工势场法的斥力函数.通过重构制导律实现运动学层面的协同避碰避障以及欠驱动无人船期望轨迹的跟踪;其次,通过使用径向基神经网络对无人船动力学子系统中的外界干扰和系统未建模动态进行逼近,采用均匀量化器对输入变量进行量化并对量化过程进行线性描述,使得底层量化控制器无需预测关于量化参数的具体信息;在稳定性分析中,利用李雅普诺夫稳定性理论证明所设计USV编队跟踪控制系统的稳定性;最后,采用Matlab对理论策略进行仿真实验,仿真结果验证了所提出策略的有效性.

关键词：欠驱动无人船人工势场法分布式编队输入量化 RBF神经网络避障

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

欠驱动无人船单目视觉伺服镇定控制

引用

中国舰船研究 2022年第5期17卷 166-174,183页

作者：何红坤王宁大连海事大学船舶电气工程学院辽宁大连116026 大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116026

[目的]针对全球定位系统拒止环境下的欠驱动无人船(USV)精准位姿镇定问题,提出一种基于单应性的欠驱动无人船单目视觉伺服镇定控制方法。[方法]借助单应性分解技术,直接从当前图像和期望图像中重构出具有未知尺度因子的位姿误差,可完全... 详细信息

[目的]针对全球定位系统拒止环境下的欠驱动无人船(USV)精准位姿镇定问题,提出一种基于单应性的欠驱动无人船单目视觉伺服镇定控制方法。[方法]借助单应性分解技术,直接从当前图像和期望图像中重构出具有未知尺度因子的位姿误差,可完全摆脱相机外部参数标定和目标物先验信息;针对欠驱动约束,在连续时变输出反馈控制器中引入基于持续激励艏摇角的周期函数,使得欠驱动无人船能够在图像深度、运动速度、模型参数均未知的情况下实现镇定控制。[结果]在李雅普诺夫理论框架下,采用芭芭拉引理严格证明了欠驱动无人船视觉伺服闭环控制系统的渐近稳定性。[结论]仅采用船载单目相机,所提出的视觉伺服策略能够确保欠驱动无人船实现精准位姿镇定,为海上接驳对接、靠离泊、动力定位等实际需求提供重要技术支撑。

关键词：欠驱动无人船单目视觉伺服镇定控制连续时变输出反馈

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

欠驱动无人船全局轨迹规划方法研究

引用

舰船电子对抗 2024年第5期47卷 26-31,100页

作者：姚凤翔黄振褚天仁何红坤张海华许凯玮时英玉中国船舶科学研究中心江苏无锡214028 深海技术科学太湖实验室连云港中心江苏连云港222000 江苏海洋大学江苏连云港222005

针对大范围水域内传统全局轨迹规划算法收敛速度慢的问题,提出了基于高效收敛随机树与样条插值的欠驱动无人船全局轨迹规划方法。首先,引入目标区域偏置采样、动态步长扩展以及双向搜索策略,显著缩短渐近最优航路点的规划时间。其次,采... 详细信息

针对大范围水域内传统全局轨迹规划算法收敛速度慢的问题,提出了基于高效收敛随机树与样条插值的欠驱动无人船全局轨迹规划方法。首先,引入目标区域偏置采样、动态步长扩展以及双向搜索策略,显著缩短渐近最优航路点的规划时间。其次,采用B样条插值技术拟合以上航路点,生成一条参数化路径,再利用期望速度与参数导数得到平滑轨迹,便于无人船跟踪。最后,开展综合的仿真研究,结果表明该方法在收敛速度上明显优于传统轨迹规划方法,且在规划轨迹的引导下,无人船能够安全、稳定地航行。

关键词：欠驱动无人船航路点规划 B样条插值参数化路径平滑轨迹

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

欠驱动无人船轨迹跟踪控制方法研究

欠驱动无人船轨迹跟踪控制方法研究

引用

作者：刘子朋哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

近年来随着无人驾驶技术的飞速发展,欠驱动无人船的研究在军用和民用领域得到了广泛地关注。通过搭载不同的装置,欠驱动无人船可以完成警戒巡逻、海洋环境检测、资源勘查、水上搜索等具有操作危险的任务。无人船的轨迹跟踪控制是完成各... 详细信息

近年来随着无人驾驶技术的飞速发展,欠驱动无人船的研究在军用和民用领域得到了广泛地关注。通过搭载不同的装置,欠驱动无人船可以完成警戒巡逻、海洋环境检测、资源勘查、水上搜索等具有操作危险的任务。无人船的轨迹跟踪控制是完成各种操作任务的核心,跟踪误差的范围决定了操作任务的精确度和出现事故概率的大小。因此,设计出具有更高性能的轨迹跟踪控制器对欠驱动无人船的研究具有重要意义。本文开展了欠驱动无人船轨迹跟踪控制方法研究,依据六自由度船舶模型和环境风、浪、流模型,给出了简化的三自由度欠驱动无人船运动学、动力学数学模型。以三自由度欠驱动无人船为控制对象,结合滑模控制理论和观测器设计了轨迹跟踪控制方案。针对航行过程中遭遇的未知风、浪、流干扰问题,设计了非线性扰动观测器来观测未知的环境扰动,用扰动的观测值对扰动进行补偿。针对传统滑模控制中设计的控制律渐近收敛的问题,对纵向推力和转艏力矩分别设计了非奇异终端滑模控制律。非奇异终端滑模中的非线性因子使系统状态快速的趋于滑模面,提高收敛速度,使欠驱动无人船在有限时间内完成轨迹跟踪任务。通过理论分析和MATLAB数值仿真验证了设计的非线性扰动观测器结合非奇异终端滑模控制方案,在外界环境扰动干扰下可以实现欠驱动无人船轨迹跟踪控制。针对测量设备故障导致欠驱动无人船的位置和速度信息不可用问题,以及外界扰动和模型参数摄动问题,为了能够在处理扰动的同时得到位置和速度信息,设计非线性扩张状态观测器。利用欠驱动无人船的误差模型,设计了非奇异快速终端滑面推导出控制律。通过MATLAB数值仿真验证了,非线性扩张状态观测器结合非奇异快速终端滑模控制方案能够实现欠驱动无人船轨迹跟踪控制。所设计的控制方案具有抑制扰动,跟踪误差小,系统的抖振小,鲁棒性强的优点。

关键词：欠驱动无人船轨迹跟踪控制终端滑模控制器观测器

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

欠驱动无人船路径规划及运动控制优化算法研究

欠驱动无人船路径规划及运动控制优化算法研究

引用

作者：马国杰江苏科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着海洋事业的发展,对海洋的认识、开发、保护受到了越来越多的关注。船舶作为人类关心海洋、认识海洋到经略海洋最为重要的海上交通工具,有着极为特殊的战略地位。对船舶的研究中,无人船一直是热点方向,在对无人船研究的众多... 详细信息

近年来,随着海洋事业的发展,对海洋的认识、开发、保护受到了越来越多的关注。船舶作为人类关心海洋、认识海洋到经略海洋最为重要的海上交通工具,有着极为特殊的战略地位。对船舶的研究中,无人船一直是热点方向,在对无人船研究的众多关键技术中,无人船的路径规划和运动控制问题已经成为无人船方向备受关注的前沿课题。本文将欠驱动无人船作为研究对象,进行了欠驱动无人船的数学模型建立、路径规划、路径跟踪控制问题的研究,具体工作如下:(1)考虑欠驱动无人船在水面环境航行时可能涉及到的状态量和条件,进行欠驱动无人船数学模型描述,首先建立了欠驱动无人船的三自由度非线性运动学和动力学模型;其次考虑到后续运动控制律设计和控制器的研究,从控制角度出发,以输入舵角为控制量,航向角为输出向量,建立欠驱动无人船响应数学模型;最后考虑到无人船在航行时会受到外界环境的干扰,分别建立了风、浪、流干扰数学模型并引入到动力学模型中,为后续路径跟踪研究打下了数学基础。(2)无人船要进行自主航行作业首先需要路径规划,本文基于智能麻雀搜索算法提出了一种改进麻雀搜索算法的无人船路径规划方法。先采用Cubic混沌映射初始化种群,代替传统算法的随机生成方式;其次在算法迭代后期,引入适应度标准差判断种群是否陷入局部最优,并采用高斯随机游走策略对最优个体进行扰动,辅助算法逃逸局部最优,得到最优适应度值;然后再对选定水域环境进行建模,对原始电子航道图进行信息预处理、栅格化、障碍膨胀处理等操作;最后在处理后的电子航道图中引入改进算法并进行无人船的路径规划仿真实验,验证了所提算法的有效性。(3)得到规划好的路径后需要无人船对目标路径进行跟踪,针对欠驱动无人船路径跟踪问题,提出了一种欠驱动无人船路径跟踪自适应滑模控制算法。采用自适应滑模控制设计纵向推进力控制律和转向力矩控制律;以双幂次函数作为趋近控制律抑制滑模控制产生的抖振问题;设计带有修正项的参数自适应律观测未知外界环境时变干扰的界值,并进行系统稳定性证明。最后在MATLAB中对所提算法进行直线路径跟踪和圆路径跟踪仿真试验,仿真结果表明,无人船能够快速准确追踪上目标路径,验证了所提算法的有效性。(4)为验证设计的路径跟踪算法对实际无人船控制的可行性,设计了欠驱动无人船嵌入式运动控制系统,进行了系统软硬件设计,并重点介绍了主要硬件电路设计工作。完成对系统的集成与调试后,对搭载本文所提的嵌入式控制系统的JUST-002号小船进行路径跟踪实验,分别对直线路径和曲线路径进行了跟踪。实验结果证明了设计的控制系统和路径跟踪算法能够对欠驱动无人船进行有效的运动控制。最后结合具体功能应用场景,将设计的嵌入式运动控制系统部署在YL-2500无人船上进行河道的水面垃圾自主清理,无人船一边路径跟踪一边进行清理作业,实际清理效果显著,验证了算法及系统在实际工程中的良好效果。

关键词：欠驱动无人船路径规划麻雀搜索算法路径跟踪自适应滑模控制

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

基于双偶极向量场的欠驱动无人船目标跟踪制导方法

引用

中国舰船研究 2022年第4期17卷 32-37页

作者：初庆栋尹羿博龚小旋刘陆王丹彭周华大连海事大学船舶电气工程学院辽宁大连116026

[目的]为改进欠驱动无人船(USV)目标跟踪制导的暂态控制性能,提出一种基于双偶极向量场的目标跟踪制导方法。[方法]首先,根据双偶极向量场原理,设计欠驱动USV艏摇角速度和前向速度导引律。然后,通过稳定性分析,证明控制系统是有界稳定... 详细信息

[目的]为改进欠驱动无人船(USV)目标跟踪制导的暂态控制性能,提出一种基于双偶极向量场的目标跟踪制导方法。[方法]首先,根据双偶极向量场原理,设计欠驱动USV艏摇角速度和前向速度导引律。然后,通过稳定性分析,证明控制系统是有界稳定的。最后,经仿真和实验验证所提方法的有效性。[结果]结果表明,控制系统能够使USV跟踪位置收敛到目标点附近的邻域内,不仅跟踪轨迹更光滑,暂态控制性能也更好,在实现目标跟踪的同时还能够保持期望的航向。[结论]所提方法可以克服现有目标跟踪制导方法稳态航向不能指定的局限性。

关键词：欠驱动无人船双偶极向量场目标跟踪制导控制

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

基于学习的欠驱动无人船路径跟踪算法研究及应用

基于学习的欠驱动无人船路径跟踪算法研究及应用

引用

作者：刘云鹏大连海事大学

学位级别：硕士

无人船以机动性能好、自主化程度高、适用于多种海况等优点,被广泛应用于反潜作战、海上拦截、水质检测等场景,是海洋开发和国防建设中不可或缺的一部分,同时无人船的自主控制问题也得到国内外学者日益广泛的关注及研究。路径跟踪是无... 详细信息

无人船以机动性能好、自主化程度高、适用于多种海况等优点,被广泛应用于反潜作战、海上拦截、水质检测等场景,是海洋开发和国防建设中不可或缺的一部分,同时无人船的自主控制问题也得到国内外学者日益广泛的关注及研究。路径跟踪是无人船自主控制的核心技术之一,精准的路径跟踪是无人船可以顺利完成任务的基础,也是实现其它复杂功能的重要保障。然而,大多数无人船存在非线性强、变量耦合高、建模难以及干扰复杂等问题,给提高无人船运动控制的鲁棒性带来了一定的挑战。因此,本文针对模型未知且存在外部扰动情形下的欠驱动无人船,进行了路径跟踪算法及应用的研究,主要研究工作总结如下: (1)针对侧滑角未知且时变的欠驱动无人船路径跟踪控制问题,提出了一种基于学习的视线制导算法,该算法完全不依赖于模型,可以提高路径跟踪的性能。首先,设计一个与选择更新策略相结合的长短时记忆循环神经网络,用以估计未知且时变的侧滑角;其次,基于神经网络侧滑角估计器,设计了一种新颖的视线制导算法,并且从理论上证明了制导算法和航向控制器所构成的闭环控制系统是输入状态稳定的;最后,仿真实验及海港试验结果验证了算法的有效性和优越性。 (2)针对模型参数未知、系统状态和控制输入受限的欠驱动无人船路径跟踪控制问题,提出一种基于学习的模型预测控制方法,提高了受限情形下路径跟踪的性能。首先,设计了基于在线学习的神经网络,用以辨识系统模型,摆脱了对数据的依赖,提升了网络的泛化能力;其次,基于辨识模型产生的预估状态,设计了模型预测路径跟踪控制算法,并且在理论上分析了神经网络状态预估误差的收敛性以及无人船路径跟踪控制系统的稳定性;最后,仿真实验结果验证了算法的有效性和优越性。 (3)为了进一步验证无人船路径跟踪控制算法在实际场景中能够稳定且高效地运行,设计并开发了一种满足小型化、模块化且经济适用的无人船实验平台。首先分析了实验需求,明确了系统的整体设计方案和技术路线;其次,根据设计方案,以动力模块、测量与感知模块、控制和通信模块为基础搭建了无人船硬件平台;然后,设计并搭建了船岸信息交互控制系统以及船载主控制系统;最后,样机试验验证了无人船实验平台的稳定性以及设计的路径跟踪控制算法的有效性。

关键词：欠驱动无人船路径跟踪控制循环神经网络无人船实验平台

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

基于侧滑补偿的欠驱动无人船视线法轨迹跟踪控制

基于侧滑补偿的欠驱动无人船视线法轨迹跟踪控制

引用

作者：李嘉成浙江大学

学位级别：硕士

无人船(Unmanned Surface Vessel,USV)作为一种水面智能运载工具,在海洋与河湖的探索探测、管养维护和资源开发中扮演着日益重要的角色。为了提高无人船在执行任务时的精准性和效率,轨迹跟踪能力被视为无人船精细化作业的关键要素。然而... 详细信息

无人船(Unmanned Surface Vessel,USV)作为一种水面智能运载工具,在海洋与河湖的探索探测、管养维护和资源开发中扮演着日益重要的角色。为了提高无人船在执行任务时的精准性和效率,轨迹跟踪能力被视为无人船精细化作业的关键要素。然而,无人船本身的欠驱动性、非线性、强耦合性以及易受到水面复杂外力扰动等特性,给轨迹跟踪任务带来了挑战。本文以欠驱动水面无人船为研究对象,针对其轨迹跟踪控制这一关键问题展开研究。首先,本文提出了一种针对侧滑角未知的欠驱动无人船的轨迹跟踪控制方法,旨在实现在完全未知模型参数和外部扰动下的轨迹跟踪。该控制方法包括自适应视线法导航律和线性自抗扰控制律两部分。前者对基于传统视线法的导航律进行了自适应控制改进,将自适应控制器得到的侧滑角用于补偿。理论证明了顺轨、交轨和侧滑角参数估计误差关于系统平衡点的全局K-指数稳定性。后者将无人船动力学解耦,分别对纵荡速度和船舶艏向设计控制器,结构简单,易于整定。然后,针对实际工况下难以获取速度信息的问题,本文提出了一种仅基于位置测量的轨迹跟踪控制方法,融合了基于超螺旋滑模观测器的视线法导航律和降阶自抗扰控制律。超螺旋滑模观测器在未知模型参数的情况下,根据船舶位置测量信息获得船舶速度和侧滑角的观测值,以供控制律和导航律使用。经证明,观测器误差在有限时间内收敛,并给出了观测器增益的取值范围。降阶自抗扰控制律利用已知信息简化了控制方法,同样对于模型和扰动未知的无人船具有良好的控制效果。最后,本文通过建立完整的无人船运动控制实验平台,对所提出的控制策略和算法进行了深入研究。在硬件层面,实验平台搭载了惯性导航系统(IMU)和双天线全球导航卫星系统(GNSS),并通过船载主机和单片机进行信息交互和底层控制。利用机器人操作系统(ROS)部署了所提出的算法,并进行了轨迹跟踪实船测试。实验结果验证了所提算法在模型和扰动未知的情况下的有效性。

关键词：欠驱动无人船轨迹跟踪视线法侧滑角补偿自抗扰控制

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

吊舱式欠驱动无人船路径跟踪制导与定位方法研究

吊舱式欠驱动无人船路径跟踪制导与定位方法研究

引用

作者：朱俊康大连海事大学

学位级别：硕士

近年来欠驱动无人船的路径跟踪引起广泛关注。由于风、浪和洋流等环境因素会影响欠驱动无人船的航行稳定性,因此其在未知环境扰动下的路径跟踪是关键问题之一。本文以吊舱式欠驱动无人船作为研究对象,研究了其路径跟踪制导律设计与定位... 详细信息

近年来欠驱动无人船的路径跟踪引起广泛关注。由于风、浪和洋流等环境因素会影响欠驱动无人船的航行稳定性,因此其在未知环境扰动下的路径跟踪是关键问题之一。本文以吊舱式欠驱动无人船作为研究对象,研究了其路径跟踪制导律设计与定位方法。论文的主要工作如下: (1)建立了吊舱式欠驱动无人船的操纵运动数学模型。根据其运动速度低,状态变化不大的特点,应用MMG(Maneuvering Modeling Group,MMG)船舶建模机理,基于吊舱推力矢量数学模型建立了吊舱式欠驱动无人船数学模型,包括欠驱动特性、模型非线性和环境干扰等,并给出了海洋环境干扰的计算方法。为吊舱式欠驱动无人船路径跟踪算法的开发奠定了理论基础。 (2)提出了一种基于规定时间扩展状态观测器的视线制导律(Prescribed-time Extended State Observer Line of sight,PTESO-LOS),用于未知环境干扰下欠驱动无人船的路径跟踪。PTESO用于识别无人船在跟踪弯曲路径或面对未知环境干扰时产生的漂角。该方法确保漂角能够被及时且准确地估计,进而允许无人船在外部环境干扰下,以更高的精度跟踪目标路径。控制系统的输入状态稳定性是通过级联控制理论建立的。仿真结果表明,所提PTESO-LOS相比ILOS和ALOS,可提高无人船路径跟踪精度。 (3)为提高无人船定位精度和抗干扰能力,将超宽带(Ultra-Wideband,UWB)定位技术用于近海和港口区域的无人船定位。提出了基于UWB标签位置的无人船航向角计算方法,可以及时准确的计算出无人船航向角。设计并制作了UWB定位装置,并将其用于欠驱动无人船定位。 (4)设计并搭建了吊舱式欠驱动无人船实验平台,完成了吊舱式推进装置、遥控器、主控箱、供电系统和通信系统的设计及制作,包括机械结构设计、电路原理图设计、PCB设计和软件设计等。吊舱式欠驱动无人船的路径跟踪算法搭建在电脑的Simulink软件中,电脑通过无线串口模块与无人船通信,实现无人船路径跟踪控制。进行了吊舱式欠驱动无人船下水实验,并将所提PTESO-LOS算法应用到无人船路径跟踪。通过路径跟踪实验,验证了基于UWB标签位置的无人船航向角计算方法能够及时准确的计算出无人船实际航向角,所提PTESO-LOS算法具有良好的路径跟踪效果。

关键词：欠驱动无人船规定时间扩展状态观测器(PTESO) LOS制导律漂角 UWB定位技术

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

建议与咨询留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

时间限定

文献类型

馆藏选择

核心期刊

语言

文献类型

帮助

文字说明：

检索规则说明：

检索范例：

分类表

所选分类

限定检索结果

文献类型

馆藏范围

日期分布

学科分类号

主题

机构

作者

语言

请选择保存的检索档案：

请选择收藏分类：

通借通还

建议与咨询 留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

时间限定

文献类型

馆藏选择

核心期刊

语言

文献类型

帮助

文字说明：

检索规则说明：

检索范例：

分类表

所选分类

限定检索结果

文献类型

馆藏范围

日期分布

学科分类号

主题

机构

作者

语言

请选择保存的检索档案： 新增检索档案 确定 取消

请选择收藏分类： 新增自定义分类 确定 取消

通借通还

建议与咨询留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

请选择保存的检索档案：

请选择收藏分类：