检索结果-内蒙古大学图书馆

中国测试 2020年第10期46卷 111-117页

作者：黄烨笙徐郑攀陈远明彭琦洪晓斌华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510641 华南理工大学土木与交通学院广东广州510641 工业和信息化部电子第五研究所质检中心广东广州510610

针对无人艇自主靠泊控制问题,设计无人艇自主靠泊控制系统。以STM32单片机作为主控制器,基于CAN总线设计传感器采集处理系统,采用模糊los算法计算靠泊路径的视线角并将其作为期望航向,结合双闭环串级PID控制算法完成无人艇航向控制,从... 详细信息

针对无人艇自主靠泊控制问题,设计无人艇自主靠泊控制系统。以STM32单片机作为主控制器,基于CAN总线设计传感器采集处理系统,采用模糊los算法计算靠泊路径的视线角并将其作为期望航向,结合双闭环串级PID控制算法完成无人艇航向控制,从而实现无人艇的自主靠泊控制。最终通过自主靠泊实艇实验,验证无人艇自主靠泊控制系统能够控制无人艇沿着指定靠泊路径到达指定泊点,且靠泊路径跟踪平均误差小于1 m,满足无人艇的自主靠泊需求。

关键词：无人艇自主靠泊路径跟踪 los算法

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深度学习技术在航迹控制系统中的应用

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舰船科学技术 2024年第10期46卷 174-177页

作者：于雷吉林开放大学吉林长春130022

研究深度学习技术在航迹控制系统中的应用,实现航迹智能、精确控制,以适应复杂多变环境和任务需求。利用los算法确定船舶航行期望航向角、航迹误差,在融合船舶模型采集的船舶状态信息后,得到航迹跟踪控制的状态变量,将其输入到基于MDP... 详细信息

研究深度学习技术在航迹控制系统中的应用,实现航迹智能、精确控制,以适应复杂多变环境和任务需求。利用los算法确定船舶航行期望航向角、航迹误差,在融合船舶模型采集的船舶状态信息后,得到航迹跟踪控制的状态变量,将其输入到基于MDP模型的航迹控制器中,将最高长期累积回报作为目标,利用卷积神经网络对控制器训练,学习给定状态到执行动作之间的映射关系,以获得使船舶按照预定航迹行驶的最优舵角动作值,实现航迹精准跟踪控制。实验结果表明,该系统所用控制器经过150回合训练,即可实现航迹数据规律的精准捕捉,具有突出学习能力;干扰工况下,该系统也可使船舶沿期望航迹航行,航迹控制效果显著。

关键词：深度学习航迹控制 los算法 MDP模型长期累积回报卷积神经网络

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基于模型预测控制的动力浮标航向及航迹控制

基于模型预测控制的动力浮标航向及航迹控制

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作者：张旭哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

加强海洋国防建设,加快海洋资源探索开发,对海洋科技提出了越来越高的要求。海洋浮标作为一种现代化海洋监测设备,在监测海洋环境信息的过程中发挥着十分关键作用。动力浮标作为一种智能化的机动浮标,能够完成自主航行和定点监测的任务... 详细信息

加强海洋国防建设,加快海洋资源探索开发,对海洋科技提出了越来越高的要求。海洋浮标作为一种现代化海洋监测设备,在监测海洋环境信息的过程中发挥着十分关键作用。动力浮标作为一种智能化的机动浮标,能够完成自主航行和定点监测的任务,但由于动力浮标本身依靠电池作为能量来源,且在工作过程中无法进行能量补充,因此研究如何减少不必要的能量损耗,改善其续航能力具有重要意义。本文结合模型预测控制方法,对动力浮标航向及航迹控制方法进行研究。主要的研究内容如下:首先,对动力浮标的外形结构进行总体概述,结合其结构特征,建立其六自由度数学模型。考虑动力浮标结构特征及运动特性,对该模型做简化处理,从而得到其水平面三自由度模型;为了得到更为贴近真实的仿真结果,考虑动力浮标可能遭遇的环境干扰,建立海浪及海流干扰模型。其次,针对动力浮标的航向控制问题,利用模型预测控制方法设计了动力浮标的航向控制器,并利用仿真证明了控制器设计的有效性,此外,通过与PID控制进行比较,证明了本文所设计的控制器具有更好的控制性能。然后,根据动力浮标的航迹控制实际应用需求,采用间接航迹跟踪的方式,将本文设计的航向预测控制器与基于时变虚拟引导距离的los制导算法结合起来,设计动力浮标的航迹控制器。对传统los制导算法进行改进,得到一种基于时变虚拟引导距离的los制导算法,同时在转向位置设计了一种考虑转向角和动力浮标航速的预先转向距离计算方式。随后将设计好的制导算法与本文设计的航向预测控制器结合起来,以双闭环的形式设计动力浮标的航迹控制系统。最终通过对比仿真实验,验证了本文所设计的航迹控制器能够取得良好的航迹控制效果。最后,出于节能角度的考虑,在本文所设计的航迹控制器的基础上,为减少动力浮标非必要的能量损耗,将动力浮标的转舵能量损耗考虑进来,对航向模型预测控制中的性能指标函数重新进行设计,得到一个更为节能的动力浮标航迹控制器,同时引入天鹰优化算法(Aquila Optimizer)完成控制量的求解,最终通过对比仿真证明了改进的控制器能够在保持良好的航迹控制效果的同时达成更为节能的控制目标。

关键词：动力浮标航向及航迹控制 los算法模型预测控制天鹰优化

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欠驱动自主水下航行器的路径跟踪控制研究

欠驱动自主水下航行器的路径跟踪控制研究

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作者：王韶敏中国海洋大学

学位级别：硕士

近些年来，出于探索海洋的需要，水下航行器的相关问题一直是研究热点。自主水下航行器，自主性强，机动性高，作为资源勘探、环境监测和海域侦查的特种设备，它可以代替人类在复杂危险的海洋环境中完成任务。而稳定的路径跟踪控制能力... 详细信息

近些年来，出于探索海洋的需要，水下航行器的相关问题一直是研究热点。自主水下航行器，自主性强，机动性高，作为资源勘探、环境监测和海域侦查的特种设备，它可以代替人类在复杂危险的海洋环境中完成任务。而稳定的路径跟踪控制能力是AUV完成水下作业任务的重要保障。　　为了为欠驱动自主水下航行器设计一种适合于工程实际应用的路径跟踪算法，调研了AUV路径跟踪控制的研究现状。在此基础上，选择了传统的los算法，针对前视距离固定影响跟踪效果的问题进行改进，使得前视距离随着横向误差的变化自适应调整，且调整机制计算量小。提出了两种平面曲线路径跟踪的算法，实现了曲线路径跟踪和直线路径跟踪算法的统一。在研究了平面任意曲线的路径跟踪之后，提出了一种对三维路径跟踪的理解，并设计了控制器实现。建立了AUV五自由度模型，验证了模型的可用性后，采用MATLAB和此模型对设计的算法进行了仿真实验。为了检验算法在实际中的应用，采用“旗鱼”AUV进行了大量的水库实验和海试实验验证，验证了算法的有效性和鲁棒性。

关键词：自主式水下航行器路径跟踪欠驱动 los算法

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船舶模糊航迹保持控制器设计及仿真

船舶模糊航迹保持控制器设计及仿真

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作者：肖岐奎大连海事大学

学位级别：硕士

自动舵已经成为现代化船舶必不可少的重要设备之一,同时随着全球航运业的快速发展,自动舵的需求量也越来越大。航迹保持控制功能是自动舵的主要功能之一,尤其对长时间的大洋航行来说,航迹保持控制自动舵在减少驾驶员劳动强度、提高运行... 详细信息

自动舵已经成为现代化船舶必不可少的重要设备之一,同时随着全球航运业的快速发展,自动舵的需求量也越来越大。航迹保持控制功能是自动舵的主要功能之一,尤其对长时间的大洋航行来说,航迹保持控制自动舵在减少驾驶员劳动强度、提高运行效率、增加安全性方面有着重要意义。因此研究设计出控制性能好、动舵频度低、抗干扰能力强的航迹保持控制器显得十分必要。本文采用间接式航迹保持控制思路。航迹保持控制外环以los(Line-Of-Sight)算法为基础来计算出船舶保持航迹所需的设定航向角度；航迹保持控制内环即航向保持控制选取模糊控制为控制策略。利用模糊控制原有的对模型精度要求不高、对干扰和参数变化有较高的鲁棒性以及设计思路清晰简捷易于理解的特点,最终设计出控制性能好、动舵频度低、抗干扰能力强的航迹保持控制系统。los算法在***改进下已经具备了快速稳定趋近设定航迹的特点,但是在航迹段之间转向时,由于采用固定的转向提前距离,船舶在大角度转向时会有很大外飘现象。针对此种情况设计出改进型los算法,最终达到平稳转向的目的。模糊控制器在稳定控制阶段的控制抖动问题是控制器设计的难点。针对此问题,本文在此做两方面的改进设计。首先提出一种扩大模糊输入变量和输出变量中间分区“Z”的改进型模糊隶属度函数。这种改进策略使控制器在小的输入信号下的敏感度降低,进而大幅减缓稳定控制阶段的抖动问题,同时也使抖动前期的平稳时间延长,并为后续改进提供了保证。再次是提出了一种“自阻尼型模糊控制器”。该自阻尼策略是利用前时刻的控制器输出值来影响当前时刻的输出值,在这种自阻尼策略作用下最终模糊控制器的稳定控制阶段的抖动问题彻底解决。仿真结果表明,通过以上3个方面的改进,最终设计出的模糊航迹保持控制器达到了航迹跟踪误差小、转向平稳、稳定控制阶段舵角无抖动的要求。

关键词：航迹保持控制 los算法模糊控制自阻尼策略

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基于自主可控平台的无人艇航迹控制研究与实现

基于自主可控平台的无人艇航迹控制研究与实现

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作者：杨忠凯江苏科技大学

学位级别：硕士

水面无人艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)是一种能够自主航行并完成任务的水面舰艇,在军事作战、维护海域安全、海洋资源勘测、环境监测等领域应用前景广泛。控制作为无人平台的核心显得尤为重要,无人艇的运动控制主要包括航速与航向... 详细信息

水面无人艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)是一种能够自主航行并完成任务的水面舰艇,在军事作战、维护海域安全、海洋资源勘测、环境监测等领域应用前景广泛。控制作为无人平台的核心显得尤为重要,无人艇的运动控制主要包括航速与航向控制、航迹控制、路径规划、避障控制、编队协同等,其中航迹控制是水面无人艇能够自主作业的前提,也是无人艇智能控制的核心之一。本文以实际工程应用为研究背景,对无人艇航迹控制进行了以下研究:首先,根据无人艇实际航行过程中受到风、浪、流、遮挡等环境干扰情况,对GPS信号有效和无效两种情况下航迹控制分别进行分析,GPS信号有效时采用改进的los航迹控制算法,无GPS信号时配合惯性导航完成航迹控制,并设计了一种自适应切换目标点的方法。其次,对无人艇航迹运动控制算法进行研究分析,由于无人艇实际航行过程会受到多种环境干扰,本文采用了在线机器学习与PID控制器结合的控制算法,可根据环境变化实时在线调节参数。并结合无人艇的运动数学模型、舵机模型和环境干扰模型进行航迹仿真实验,实验结果表明设计的算法能够满足无人艇航迹要求且航迹贴线精度较高,舵机并未出现频繁摆舵现象,验证了算法的可行性。最后,在自主可控平台上实现了本文设计的航迹控制算法,硬件基于国产芯片龙芯1C,软件基于国产嵌入式实时操作系统RT-Thread。分别在扬州芒稻河和日照万平口泻湖进行了22.5公里和5公里的航迹控制试验。试验结果表明本文设计的无人艇航迹控制系统能够满足实际河道湖泊环境下的航迹控制,且航迹控制精度较高,试验航迹偏差均值为0.1～0.3米,方差为0.03～0.1,具备较强的抗干扰能力和自调节能力,满足实际工程项目的要求。

关键词：航迹控制 los算法在线机器学习 PID 自主可控平台

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船舶模糊航迹保持控制器的进一步完善

船舶模糊航迹保持控制器的进一步完善

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作者：张金锋大连海事大学

学位级别：硕士

为了解决船舶航迹转向"视线"(Line of Sight,los)制导算法与航海实践脱钩及模糊航迹保持控制器大角度转向性能较差的难题,本文改进了 los制导算法,针对大角度转向提出转向策略,以模糊控制为控制策略,设计出了控制性能好、动... 详细信息

为了解决船舶航迹转向"视线"(Line of Sight,los)制导算法与航海实践脱钩及模糊航迹保持控制器大角度转向性能较差的难题,本文改进了 los制导算法,针对大角度转向提出转向策略,以模糊控制为控制策略,设计出了控制性能好、动舵频度低、抗干扰能力强的航迹保持控制系统。***改进后的los制导算法,从控制效果看已经能够使船舶航迹稳定趋近设定航线。由于其提前转向距离是一个定值,对于船舶大角度转向,控制系统不能够给出适当的提前量。肖岐奎经过大量仿真试验,总结出了一个新提前转向距离,此转向距离能够使控制系统基本完成航迹保持控制任务,但仍需完善。本文基于航海实践考虑,提出与船舶操纵性指数K,T,船舶速度以及转向角密切相关的提前转向距离,并将之应用到los制导算法中,使制导算法适应更多船型的转向特点。经大量MATLAB仿真试验,发现改进los制导算法后,船舶在大角度转向时依然存在外飘现象。针对此问题,本文提出新的转向策略,在大角度转向时由两个虚拟转向点构成虚拟航路段,以虚拟转向点及虚拟航路段引导船舶完成转向任务。仿真结果表明,通过以上两方面的改进,最终模糊航迹保持控制系统具有航迹跟踪误差小、大角度转向时外飘大幅减小、船舶舵角的幅值低等特性。最后基于VISUAL BASIC 6.0编程语言,实现了仿真船舶运动状态再现,模拟船舶海上航行情况。

关键词：航迹保持控制 los算法模糊控制转向策略 VISUALBASIC

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动力浮标控制系统相关技术研究

动力浮标控制系统相关技术研究

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作者：刘怀东哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

海洋浮标在海洋气象监测、水文信息采集等方面发挥着重要作用。与传统的无动力海洋浮标不同,动力浮标本身具有推进装置,在执行短时间定点测量任务时能够自动保持在测量点附近。动力浮标采用锂电池供电,稳定高效的控制系统对于提高动力... 详细信息

海洋浮标在海洋气象监测、水文信息采集等方面发挥着重要作用。与传统的无动力海洋浮标不同,动力浮标本身具有推进装置,在执行短时间定点测量任务时能够自动保持在测量点附近。动力浮标采用锂电池供电,稳定高效的控制系统对于提高动力浮标的工作性能,延长工作时长具有重要意义。本文设计了动力浮标控制系统的控制体系和硬件电路,并借鉴普通水面船舶的控制思想对动力浮标的航迹跟踪技术展开研究,主要的研究内容和工作如下:首先,根据动力浮标的工作特性,设计控制系统体系结构和硬件电路。通过对动力浮标的任务需求进行分析,明确控制系统的控制任务。通过对智能控制系统体系结构进行研究,设计动力浮标的分层式控制系统体系结构。依据所使用的硬件设备,按照模块化设计的思想,设计分布式供电模块、推进器隔离控制模块等硬件电路。其次,结合动力浮标的外形以及工作特点,建立动力浮标的数学模型。根据动力浮标的运动特性对数学模型进行简化,得到解耦的纵倾数学模型和水平面三自由度数学模型。由于动力浮标在底部挂载线缆作业时线缆对纵倾角有影响,故单独设计出纵倾PID控制器。在保证动力浮标总推力不变的情况下,通过调整上下两组推进器的推力控制纵倾角。随后通过仿真实验对纵倾控制器进行验证。然后,对动力浮标的间接航迹跟踪控制方法展开研究,采用los(Line-of-Sight)航迹跟踪算法和模糊控制算法设计动力浮标的间接航迹跟踪控制器。通过对基于“视距”确定目标航向的方法和基于虚拟目标引导距离确定目标航向的方法进行对比、分析,提出基于航迹跟踪偏差距离的目标航向计算方法。随后通过仿真对所提出的方法进行验证。由于动力浮标航行速度较低、受洋流的影响较大。为此,对动力浮标控制器进一步优化,在航向控制单元中引入Bang-Bang控制思想对转向速率进行控制。通过两组仿真结果可以看出所设计的动力浮标控制器控制效果较好。最后,在水库进行试验,对所设计的动力浮标控制系统进行验证。通过回转试验、直线航行试验、直线航迹跟踪试验和区域自守位试验验证控制系统的有效性。根据试验效果,对动力浮标的航速控制设定调整阈值,当航速误差大于此阈值才对航速进行控制。最终试验结果表明所设计的控制系统能够满足动力浮标的控制需求。

关键词：动力浮标控制系统航迹跟踪 los算法模糊控制

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无人船建模及路径跟踪控制

无人船建模及路径跟踪控制

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作者：王艳浙江大学

学位级别：硕士

在各种不确定的海洋环境因素干扰下,利用有效的控制算法实现航迹跟踪控制是无人船(Unmanned Surface Vessel,USV)能顺利完成科研勘探、水文测绘、搜救巡逻等任务的前提。由于无人船的非线性、高阶性以及不确定性,为其建立精确的动力学... 详细信息

在各种不确定的海洋环境因素干扰下,利用有效的控制算法实现航迹跟踪控制是无人船(Unmanned Surface Vessel,USV)能顺利完成科研勘探、水文测绘、搜救巡逻等任务的前提。由于无人船的非线性、高阶性以及不确定性,为其建立精确的动力学模型具有很大难度。在现有的研究中多数控制器的参考输入是期望的纵荡速度和船舶的航向角,将其定义为时间的函数可能会使欠驱动无人船偏离期望航迹。为解决以上问题,本文将船舶制导系统与航向控制算法集成,针对无人船的控制算法开展研究工作。本文首先基于分离型机理模型,建立了无人船六自由度的运动数学模型以及干扰模型,为后续控制器的设计奠定基础。制导和控制是船舶控制系统实现复杂自动航行任务的两大重要模块。在制导方面,针对当前的视线(Lineof Sight,los)制导算法存在当航迹误差较大时无人船收敛到期望航迹的速度较慢,以及在航路点位置附近采用自动转向的缺点,提出了改进los制导算法。该算法能在航迹误差较大时,引导船舶快速收敛到航线,在航途参考点切换过程中提供了合理的导航机制。在控制方面,本文针对固定增益PID控制器通常不能在某些工作点提供令人满意的控制性能,以及控制参数整定困难的问题,设计了 PID-GA控制器。利用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)针对不同的航迹及海况选择最优增益参数,根据航迹和海况的变化在线进行增益调节。仿真结果表明所设计的PID-GA控制器较传统PID控制器具有更好的自适应能力和抗干扰能力,但是仍然没能实现智能控制。最后,针对船舶操纵的固有非线性、不确定性和欠驱动特性,以及无法获得无人船精确的运动数学模型,本文利用强化学习中深度确定性策略梯度(Deep Deterministic Policy Gradient,DDPG)算法设计了 DDPG-H控制器,实现了智能控制。DDPG-H控制器通过环境的实时反馈自主学习控制无人船跟踪已知航迹,仿真结果证明了 DDPG-H控制器具有良好的控制性能,能完成高精度的航迹跟踪。

关键词：无人船路径跟踪遗传算法 los算法强化学习

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航母舰载机牵引车路径规划与轨迹跟踪研究

航母舰载机牵引车路径规划与轨迹跟踪研究

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作者：全泽宇哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

进入21世纪以来,我国海军实力蓬勃发展,继航母辽宁舰后,中国首艘自主建造的国产航母,山东舰也正式交接入列。海洋军备设施不断发展更新,舰载机作为我国航空母舰的主要作战装备,是其在海上战场中维持优势的重要武器,舰载机出勤、回收和... 详细信息

进入21世纪以来,我国海军实力蓬勃发展,继航母辽宁舰后,中国首艘自主建造的国产航母,山东舰也正式交接入列。海洋军备设施不断发展更新,舰载机作为我国航空母舰的主要作战装备,是其在海上战场中维持优势的重要武器,舰载机出勤、回收和入库的高效性和安全性,是衡量航母战斗力和综合作战能力的重要指标。随着航母舰载机的数量与日俱增,其停机工作体系越来越受到了人们的关注。航母甲板的停机工作是一项复杂的操作工作,它是指由驾驶员驾驶前部的牵引车,以倒车的方式,推动后部无杆牵引的舰载机倒入预期的停机位。由于人为的因素,这种基于人工的舰载机入库方式速度慢、准确率低。传统的人工驾驶模式已难以满足航母对于舰载机入库的快速性的要求,严重影响了舰载机出勤效率,成为阻碍航海航空事业发展的首要障碍。如何对航母舰载机牵引入库作业进行有高效的、高精度的规划与控制,提高自动化与智能化水平,已是摆在我们面前的紧迫任务。本论文以舰载机的牵引车作为研究对象,主要是对其运动学模型、路径规划与轨迹跟踪技术进行研究。首先通过牵引车和舰载机的参数进行了运动学建模,分析牵引车与舰载机的运动轨迹,配合蚁群算法进行路径规划。对于难度较大的二节分段式车辆倒车问题,本文通过改进los倒车跟踪算法,控制牵引车跟随目标路径运动,最终推动舰载机倒车避开障碍物,成功倒入预期库位。并使用Python语言设计独立的可视化航母仿真软件,通过GUI程序进行算法仿真,同时为使用者提供详细的舰载机入库可视化效果图。在第五章中对舰载机进行更为详细的缩比模型实物仿真,仿真实验根据航母甲板局部区域的尺寸,在现实的实验场所中,使用UWB定位模块,模拟一个矩形区域。通过搭建电子罗盘和角度编码器组成的检测系统,来测量实时车辆数据。设计单片机无线控制系统,控制牵引车推动后部连接的舰载机实物模型,自动跟循算法规划的避障轨迹,最终成功将舰载机倒车推入目标机位。最后根据甲板仿真软件监控的运动路径,可得牵引车在倒车运动过程中具有较精确的路径跟踪能力,验证了算法的有效性、快速性和稳定性。

关键词：航母舰载机路径规划轨迹跟踪 los算法缩比模型实物仿真实验

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