检索结果-内蒙古大学图书馆

声学与电子工程 2019年第4期 28-32页

作者：郭亦平王益民林莉任元洲中船重工集团公司第七〇七研究所九江分部

针对水下自主无人航行器(Autonomous Unmanned Underwater Vehicle,AUV)三维航迹跟踪控制问题,采用视线导引法,利用空间几何原理,将空间视线导引法的三维航迹跟踪控制转换为航向角跟踪控制与纵倾角跟踪控制,设计了纵倾模型预测控制算法... 详细信息

针对水下自主无人航行器(Autonomous Unmanned Underwater Vehicle,AUV)三维航迹跟踪控制问题,采用视线导引法,利用空间几何原理,将空间视线导引法的三维航迹跟踪控制转换为航向角跟踪控制与纵倾角跟踪控制,设计了纵倾模型预测控制算法,以某型AUV运动数学模型为案例,仿真验证了所提出的基于空间视线导引法的三维航迹控制方法。结果表明,文章提出的基于空间视线导引法的三维航迹跟踪控制具有较好的航迹控制性能,有较高的工程实用价值,设计的纵倾模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)算法,具有良好的控制性能和控制品质。

关键词： AUV 视线导引法航迹控制纵倾 MPC 制导

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基于空间视线导引法的AUV三维航迹控制技术研究

基于空间视线导引法的AUV三维航迹控制技术研究

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2019 年船舶通讯导航学术会议

作者：郭亦平王益民林莉任元洲中船重工集团公司第七〇七研究所九江分部九江市333005

针对水下自主无人航行器(Autonomous Unmanned Underwater Vehicle,AUV)三维航迹跟踪控制问题,采用视线导引法,利用空间几何原理,将空间视线导引法的三维航迹跟踪控制转换为航向角跟踪控制与纵倾角跟踪控制,设计了纵倾模型预测控制算法,以某型AUV运动数学模型为案例,仿真验证了所提出的基于空间视线导引法的三维航迹控制方法.结果表明,文章提出的基于空间视线导引法的三维航迹跟踪控制具有较好的航迹控制性能,有较高的工程实用价值,设计的纵倾模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)算法,具有良好的控制性能和控制品质.

关键词：水下自主无人航行器航迹控制视线导引法 MPC算法空间几何原理

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基于视线导引法的AUV轨迹跟踪控制技术研究

基于视线导引法的AUV轨迹跟踪控制技术研究

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2018年船舶通讯导航学术会议

作者：郭亦平王益民任元洲中船重工第七〇七研究所九江分部九江332007

针对AUV轨迹跟踪问题,利用3次样条插值方法将事先确定的航迹点规划成计划路径,利用视线导引法(Line of Sight,LOS),将AUV轨迹跟踪问题转换为航速控制和航迹控制问题,设计了基于增量式状态方程的MPC航向控制算法,实现了AUV轨迹跟踪控制.... 详细信息

针对AUV轨迹跟踪问题,利用3次样条插值方法将事先确定的航迹点规划成计划路径,利用视线导引法(Line of Sight,LOS),将AUV轨迹跟踪问题转换为航速控制和航迹控制问题,设计了基于增量式状态方程的MPC航向控制算法,实现了AUV轨迹跟踪控制.基于NPS AUV(Naval Postgraduate School,USA,Autonomous Underwater Vehicle)数学模型,设计了轨迹跟踪仿真案例,仿真结果表明,所提出的视线导引法与MPC(Model Predictive Control)结合的控制算法可有效解决AUV水下定深运动的轨迹跟踪控制问题,对AUV自主航行控制系统的开发具有较高的实用价值.

关键词：自主潜航器轨迹跟踪视线导引法样条插值

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AUV平面直线航迹跟踪控制算法

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浙江大学学报（工学版） 2022年第11期56卷 2127-2134页

作者：叶梦佳王宇轩王赟赖周年曹琳琳吴大转流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027 浙江大学能源工程学院浙江杭州310027 浙江大学湖州研究院浙江湖州313000

针对自主水下航行器(AUV)在平面直线航迹跟踪过程中的航迹超调问题,设计基于航向航速双闭环运动控制的航迹跟踪控制算法.跟踪算法以视线导引法(LOS)为基础,设计时变前视距离提高AUV的机动性,并以一阶惯性滤波抑制因航向切换产生期望航... 详细信息

针对自主水下航行器(AUV)在平面直线航迹跟踪过程中的航迹超调问题,设计基于航向航速双闭环运动控制的航迹跟踪控制算法.跟踪算法以视线导引法(LOS)为基础,设计时变前视距离提高AUV的机动性,并以一阶惯性滤波抑制因航向切换产生期望航向角的阶跃变化.控制算法采用抗积分饱和PID控制及参数自适应,以增加算法的鲁棒性,并将航向航速控制设计成双闭环,使得AUV航行时期望航迹段终点的距离偏差实时调整期望航速.结果表明,此航迹跟踪控制算法根据距离偏差调节实时航速,可使AUV提前减速以低速转向,抗积分饱和可避免航速超调,参数自适应以适应多种航行工况.AUV能准确跟踪期望航迹,最大航迹偏差小于1.0 m,并且大角度转向时可有效减小航迹超调.

关键词：自主水下航行器航迹跟踪视线导引法抗饱和积分双闭环控制

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基于改进烟花算法的多AUV编队最优避障控制研究

基于改进烟花算法的多AUV编队最优避障控制研究

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作者：张华栋哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)以编队的形式进行作业可以提升效率并解决难度更高、更复杂的问题,而AUV编队的避障是编队控制的必须解决的问题。避障过程中应尽可能考虑缩短AUV的航程、尽量不打乱队形等因素以保持... 详细信息

自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)以编队的形式进行作业可以提升效率并解决难度更高、更复杂的问题,而AUV编队的避障是编队控制的必须解决的问题。避障过程中应尽可能考虑缩短AUV的航程、尽量不打乱队形等因素以保持编队控制的最优性。不仅如此,鉴于海洋环境的复杂性与水声通信的特点,时变海流与通信时延等也应该被纳入考虑。本文基于改进烟花算法,分别对静止与运动障碍物下的两种场景下的多AUV编队最优避障控制问题进行研究,主要包括以下几部分: 1.首先建立了AUV五自由度反馈线性化模型,消除了复杂模型中的系统误差并降低了系统耦合度。其次提出了双幂次趋近律,基于该趋近律与获得的精确二阶积分模型设计了滑模控制器;基于领航-跟随者设计了多AUV编队控制器,证明了其稳定性。通过仿真实验,验证了所设计的滑模控制器具有更优的性能及编队控制器的有效性。 2.改进了烟花算法,提出了三维预测器视线导引法,解决了静态环境下AUV最优编队避障控制问题。首先,对烟花算法进行了改进,并通过改进烟花算法对领航者进行路径规划,通过仿真验证烟花算法的优势,然后设计了ICA算法调整跟随者路径。最后得到路径规划的航迹点后,针对海流干扰问题设计了一种三维预测器导引法作为AUV编队的导引律以为编队提供期望艏向角。通过仿真验证了整个最优编队避障控制系统的可行性。 3.建立了编队探测模型和环境模型,提出了基于改进烟花算法的DMPC控制算法,解决了无时延动态环境下AUV最优编队避障控制问题。首先建立预测模型,利用反馈补偿以消除未知扰动的干扰,然后提出了败者淘汰规则的改进烟花算法,基于设计的适应度函数进行滚动优化;提出了自适应DMPC预测窗口的理论,降低了DMPC控制算法的计算量解决了XX问题。最后对DMPC控制算法进行了局部及全局稳定性证明。仿真验证了所设计DMPC控制算法和改进烟花算法能保证AUV编队进行安全避障并具有更优的性能。 4.设计了基于DMPC控制算法的时延编队控制器并改进了可行控制域,解决了时变时延动态环境下AUV最优编队避障控制问题。为解决时变时延动态环境下AUV最优编队避障控制问题,首先,制定通信时延同步策略,使各AUV时延相同,能同步运行DMPC控制算法。其次针对时延干扰设计了时延编队控制器,证明了时延编队控制器的稳定性。最后改进了DMPC可行控制域,进行了相容性、终端、稳定性三种约束设计并进行了稳定性证明,提高了系统的稳定性。仿真验证了AUV编队在有时变时延的未知环境下进行有效、高效的避障。

关键词：编队避障控制烟花算法 DMPC控制视线导引法

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基于LOS法的USV滑模控制与路径跟踪研究

基于LOS法的USV滑模控制与路径跟踪研究

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作者：于立新哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

无人水面艇(USV),也被称为水面机器人,是一种能够进行无人作业的水面舰艇。现如今各国都积极地投入研究,深知无人水面艇课题的研究在国家军事或民用方面的重要程度,帮助人类去完成某些不宜人类参与的任务,因此对无人水面艇的科研工作是... 详细信息

无人水面艇(USV),也被称为水面机器人,是一种能够进行无人作业的水面舰艇。现如今各国都积极地投入研究,深知无人水面艇课题的研究在国家军事或民用方面的重要程度,帮助人类去完成某些不宜人类参与的任务,因此对无人水面艇的科研工作是十分值得的。本文研究的重点是在于对USV进行滑模控制器的设计以及路径跟踪方面。在视线导引法(LOS)的基础之上,把路径跟踪中对位置的期望转变为对艏向的期望,这样只需要对艏向角进行进行控制就可以实现对路径的跟踪过程。首先,实现对USV进行数学建模,为了研究的方便,需要对模型进行简化,再考虑到水流影响的情况,得到最终的模型形式。然后进行仿真实验,继而验证该模型的可用性。为后文设计滑模控制器,以解决在欠驱动USV路径跟踪控制中存在的模型耦合性、约束的不完整性、模型参数的不确定性、水流影响、滑模抖振、控制输入饱和与跟踪精度等现实困难,在客观条件下努力使得控制系统可以获得更好的跟踪效果来提供依据。其次,对导引系统进行研究,在USV的路径跟踪中,采用LOS法得到实时的期望艏向,并就在有水流干扰的情况下,传统视线导引法会使得系统最终存在稳态路径跟踪误差的问题,这里引入一个侧滑角的概念,修正LOS法得到的期望艏向,来减少跟踪误差,提高跟踪精度。再次,采用一种解耦方法的控制理论,首先要依据LOS法建立误差方程,用跟踪路径上的切向速度进行输入,以解决USV欠驱动的问题。然后解耦为速度控制、位置控制和艏向角控制的三个子系统,考虑水流影响的情况下,设计滑模控制。最后对所设计的滑模控制器进行仿真验证。最后,针对滑模控制会产生抖振的影响,在水平面路径跟踪控制中,在Lyapunov稳定性理论的前提下,设计一种自适应律,可以改变滑模边界层厚度以及切换增益,这样就可以降低抖振的影响而提高跟踪的精度。而控制器也会存在输入饱和的情况,本文就在推进器模型中加入了一种补偿机制,使得控制输入有所限制。然后又运用Lyapunov稳定性理论对所设计控制器进行稳定性分析。仿真实验中,对滑模控制器和自适应滑模控制器在有水流及模型干扰下都做了对比,验证了所设计的控制方法在USV路径跟踪中的正确性。本文为USV所提出的自适应滑模控制算法,在一定程度上降低了抖振的影响,系统饱和输入得到了一定的解决,可以在系统稳定的状态下,提高了路径跟踪的精度,在有水流及模型干扰下,都能使得控制满足工程应用中客观条件,充分证明了所设计控制器的有效性。

关键词： USV 视线导引法路径跟踪滑模控制自适应控制水流干扰

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