检索结果-内蒙古大学图书馆

控制与决策 2025年第4期40卷 1303-1311页

作者：王全胜刘志全高妍南上海海事大学航运技术与控制工程交通运输行业重点实验室上海201306 广东海洋大学电子与信息工程学院广东湛江524088

基于自适应视线制导方法(ALOS)、有限时间扩张状态观测器(FTESO)和鲁棒模型预测控制(RMPC)提出一种基于横摇约束的船舶路径跟踪控制方法.ALOS通过路径点自动更新可接受半径,获得更灵活的机动性;FTESO用于船舶运动状态和外部干扰的估计,R... 详细信息

基于自适应视线制导方法(ALOS)、有限时间扩张状态观测器(FTESO)和鲁棒模型预测控制(RMPC)提出一种基于横摇约束的船舶路径跟踪控制方法.ALOS通过路径点自动更新可接受半径,获得更灵活的机动性;FTESO用于船舶运动状态和外部干扰的估计,RMPC控制器设计中将输入约束、横摇约束和无限时域性能指标纳入优化目标,转化为线性矩阵不等式凸优化,进行多目标协同控制.根据Lyapunov稳定性理论和齐次理论,确保系统的闭环稳定性及有限时间内的收敛性.仿真结果表明,虽然经过极限角度时所提方法路径跟踪超调量略大,但所提方法减摇率为83.40%,与视线制导+模型预测控制(LOS+MPC)方法相比减摇率可提升51.28%,验证了所提控制方法的有效性和鲁棒性,可为欠驱动船舶舵减摇控制设计提供参考.

关键词：自适应视线制导有限时间扩张状态观测器鲁棒模型预测横摇约束

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面向船舶微网的虚拟同步发电机并联运行功率分配控制策略

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上海海事大学学报 2025年第1期46卷 120-127页

作者：祁星强高迪驹吴国栋上海海事大学物流工程学院上海201306 上海海事大学航运技术与控制工程交通运输行业重点实验室上海201306 上海船舶设备研究所上海200031

为解决虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)并联运行时,因线路阻抗的不同而造成无功功率难以精确分配的问题,提出一种下垂系数自适应调整的改进VSG控制策略。通过估计每台VSG设定的无功功率与实际输出无功功率的差值,进... 详细信息

为解决虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)并联运行时,因线路阻抗的不同而造成无功功率难以精确分配的问题,提出一种下垂系数自适应调整的改进VSG控制策略。通过估计每台VSG设定的无功功率与实际输出无功功率的差值,进行下垂系数的自适应调整,从而实现各VSG输出的无功功率能够按照容量比进行精确分配。该策略无须测量线路阻抗,同时对VSG并联运行的功率分配参数设计方法进行探讨。仿真结果表明,与VSG控制策略相比,改进VSG控制策略可将最大负载功率时无功功率分配误差稳定值减小到1 V·A以下,系统环流稳定值减小到0.2 A以内。该改进策略在无功功率分配和系统环流减小方面具有更好的性能,能有效解决船舶微网中VSG并联运行时的无功功率分配问题。

关键词：逆变器并联虚拟同步发电机(VSG) 自适应下垂系数功率分配

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地下封闭水体内多无人艇协同的视觉定位方法

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计算机应用 2025年第1期45卷 325-336页

作者：车文博王建华郑翔吴恭兴张舜王浩铸航运技术与控制工程交通运输行业重点实验室(上海海事大学) 上海201306 上海遨拓深水装备技术开发有限公司上海201306

针对无人艇(USV)在地下封闭水体中卫星定位信号缺失、通信受限、环境光线弱等问题,提出一种地下封闭水体内多USV协同的视觉定位方法。首先,设计一种艇载光源合作标志物,并根据艇身结构与应用场景对标志物结构进行优化;其次,采用单目视... 详细信息

针对无人艇(USV)在地下封闭水体中卫星定位信号缺失、通信受限、环境光线弱等问题,提出一种地下封闭水体内多USV协同的视觉定位方法。首先,设计一种艇载光源合作标志物,并根据艇身结构与应用场景对标志物结构进行优化;其次,采用单目视觉采集标志物图像,并求取特征点的图像坐标;再次,根据摄像机成像模型,基于合作标志物特征点的空间坐标及其对应的图像坐标之间的关系,通过改进直接线性变换方法求解相邻艇间的相对位置;然后,利用前后艇的摄像机进行艇间对视,并通过最小方差算法,融合根据前后艇摄像机图像求解所得的相对位置,以提高相对定位精度;最后,利用场景中已知的绝对坐标,获得各无人艇的绝对位置。仿真实验对影响定位误差的因素进行分析,并把所提方法与传统直接线性变换方法进行对比。结果表明,随着距离的增加,所提方法求解优势更趋明显,在距离15 m时求解的位置方差稳定在0.2 m~2以内,验证了所提方法的准确性。静态实验结果表明,所提方法能将相对误差稳定在10.0%以内;地下河道内的动态实验结果表明,所提方法求解的绝对定位的航行轨迹达到与卫星定位相当的精度,验证了所提方法的可行性。

关键词：水面无人艇协同定位单目视觉合作标志物地下封闭水体

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基于PTE-LOS的自适应反步滑模欠驱动无人艇路径跟踪控制

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广东海洋大学学报 2025年第1期45卷 142-150页

作者：甘少楠高迪驹上海海事大学航运技术与控制工程交通运输行业重点实验室上海201306

【目的】解决在风、浪、流所引起的外部时变干扰下,欠驱动无人艇(USV)航行路径跟踪稳定性及精度不高等问题,提升路径跟踪精度及稳定性。【方法】基于改进的规定时间扩张状态观测器(Prescribed-time-extended-state-observer,PTE)和视线(... 详细信息

【目的】解决在风、浪、流所引起的外部时变干扰下,欠驱动无人艇(USV)航行路径跟踪稳定性及精度不高等问题,提升路径跟踪精度及稳定性。【方法】基于改进的规定时间扩张状态观测器(Prescribed-time-extended-state-observer,PTE)和视线(Line-of-sight,LOS)制导的自适应反步滑模控制方法,消除USV的姿态偏差,并设计USV进行路径跟踪所需的期望速度及期望航向角。结合反步法和滑模控制,设计消抖函数,有效减少滑模控制普遍存在的抖振问题。此外,考虑到欠驱动USV输入受限,引入辅助系统,以解决输入饱和的挑战。【结果与结论】仿真实验表明,在控制输入有限的情况下,所提控制系统仍可快速收敛。与固定时间LOS制导(Fixed-time LOS,FT-LOS)方法、自适应积分LOS制导(AILOS)方法比较,本制导-控制方法在路径跟踪性能上表现更佳。具体而言,相比FT-LOS、AILOS制导方法,本方法横向误差分别减小1.60%、0.04%,纵向误差分别减小99.2%、99.4%,航向角误差分别减小71%、79%;而跟踪至期望速度的时间则分别提升39%、62%。本方案更为有效和优越。

关键词：无人艇 PTE-LOS 反步法滑模控制路径跟踪输入受限

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基于ESO的船舶航向鲁棒自适应控制

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控制与决策 2022年第8期37卷 2157-2162页

作者：刘志全褚振忠上海海事大学航运技术与控制工程交通运输行业重点实验室上海201306 上海海事大学物流工程学院上海201306

针对具有内部未建模动态和外部不确定扰动的水面船舶设计一种鲁棒自适应航向控制器,并同时解决转向过程中的漂角补偿问题.基于二阶非线性Nomoto模型和一阶漂角模型,建立非积分链结构的漂角-航向非线性状态空间模型,将航向控制系统未建... 详细信息

针对具有内部未建模动态和外部不确定扰动的水面船舶设计一种鲁棒自适应航向控制器,并同时解决转向过程中的漂角补偿问题.基于二阶非线性Nomoto模型和一阶漂角模型,建立非积分链结构的漂角-航向非线性状态空间模型,将航向控制系统未建模动态与外部不确定扰动合并为复合扰动,应用扩张状态观测器估计模型中的未测量状态和系统复合扰动.基于Lyapunov稳定性理论和自适应反步法设计航向状态反馈控制规律,为避免反步法控制过程中的微分爆炸问题,采用动态面控制技术获取虚拟控制信号的近似导数.所提出的扩张状态观测器和航向控制算法能够保证闭环系统内所有误差信号一致最终有界,提高航向保持和转向过程中的航向跟踪精度.仿真结果验证了所提出的航向控制规律的有效性.

关键词：扩张状态观测器航向控制动态面反步法自适应漂角

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一种基于磁传感器定位技术的滑坡监测方法

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传感技术学报 2022年第11期35卷 1579-1584页

作者：卢鸿飞高迪驹张松勇渐开旺上海海事大学航运技术与控制工程交通运输行业重点实验室上海201306

滑坡监测是防范地质灾害的重要技术手段,针对滑坡深部位移监测问题,提出了一种基于磁传感器的滑坡位移监测方法。该方法以磁传感器姿态测量为基础,通过测量的三分量磁感应强度值解算出磁传感器的空间姿态,再根据姿态角计算出磁传感器的... 详细信息

滑坡监测是防范地质灾害的重要技术手段,针对滑坡深部位移监测问题,提出了一种基于磁传感器的滑坡位移监测方法。该方法以磁传感器姿态测量为基础,通过测量的三分量磁感应强度值解算出磁传感器的空间姿态,再根据姿态角计算出磁传感器的水平位移,并通过实验验证了该方案的可行性。将磁传感器安装在无磁转台上按照预定的角度和旋转顺序依次旋转,取整数作为验证点将解算姿态角与实际姿态角进行对比,验证了该方法的姿态角精度和水平位移精度。最后,分析了该方法存在误差的原因。

关键词：滑坡位移监测姿态测量磁传感器

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带漂角和输入饱和的水面船舶航向控制

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中国舰船研究 2021年第2期16卷 194-202页

作者：陆潇杨刘志全高迪驹褚建新上海海事大学航运技术与控制工程交通运输行业重点实验室上海201306

[目的]为处理水面船舶航向控制过程中受到的非零漂角和输入饱和影响,提出一种基于反步法的航向控制方法。[方法]首先,利用相对速度求出实际漂角,再通过漂角对航向角误差进行修正;然后,采用一种预滤波方法减小航向改变时对航速变化的影响... 详细信息

[目的]为处理水面船舶航向控制过程中受到的非零漂角和输入饱和影响,提出一种基于反步法的航向控制方法。[方法]首先,利用相对速度求出实际漂角,再通过漂角对航向角误差进行修正;然后,采用一种预滤波方法减小航向改变时对航速变化的影响,同时引入双曲正切函数和Nussbaum函数逼近输入约束,结合自适应律对逼近误差和艏摇方向上的扰动进行估计;最后,借助指令滤波器简化反推过程,并通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。[结果]仿真结果表明,所提控制器有效减小了水面船舶的航向输出误差,且能始终保持较小的控制输入力矩。[结论]研究成果可为水面船舶航向控制设计提供参考。

关键词：航向控制反步法漂角输入约束

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基于FTESO和漂角补偿的船舶航向滑模控制

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中国舰船研究 2022年第1期17卷 71-79页

作者：储瑞婷刘志全上海海事大学航运技术与控制工程交通运输行业重点实验室上海201306

[目的]为提高水面欠驱动船舶的航向跟踪性能,减小航向误差,研究一种基于有限时间扩张状态观测器(FTESO)的船舶航向滑模控制方法。[方法]首先,采用预滤波器减小船舶转向时较大的航向变化率影响,利用扩张状态观测器对时变漂角进行估计,然... 详细信息

[目的]为提高水面欠驱动船舶的航向跟踪性能,减小航向误差,研究一种基于有限时间扩张状态观测器(FTESO)的船舶航向滑模控制方法。[方法]首先,采用预滤波器减小船舶转向时较大的航向变化率影响,利用扩张状态观测器对时变漂角进行估计,然后通过估计出的漂角及时修正航向误差。为简化控制器设计,艏摇方向上的外部扰动和内部不确定项由观测器同时估计,并在控制器设计中进行补偿。选取含积分项的滑模面,结合FTESO设计滑模控制律,并考虑输入饱和约束,最终通过李雅普诺夫理论证明控制系统的稳定性。[结果]仿真结果显示,所研究的控制方法使水面船舶能够在较短的时间内减小航向跟踪误差并收敛至0。[结论]研究成果可为水面船舶航向跟踪控制设计提供参考。

关键词：航向控制漂角滑模控制有限时间扩张状态观测器输入饱和约束

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有限时间滤波反步滑模自适应舵减摇控制

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中国舰船研究 2023年第6期18卷 97-105页

作者：刘嘉昊刘志全上海海事大学航运技术与控制工程交通运输行业重点实验室上海201306

[目的]针对欠驱动船舶在未知海浪扰动下的舵减摇控制问题,设计一种基于有限时间收敛的滤波反步滑模自适应控制器。[方法]首先,针对常规反步法中微分爆炸问题,引入一阶滤波器,以避免对虚拟控制律的求导;然后,根据有限时间控制理论,通过... 详细信息

[目的]针对欠驱动船舶在未知海浪扰动下的舵减摇控制问题,设计一种基于有限时间收敛的滤波反步滑模自适应控制器。[方法]首先,针对常规反步法中微分爆炸问题,引入一阶滤波器,以避免对虚拟控制律的求导;然后,根据有限时间控制理论,通过滤波反步法与滑模自适应控制方法,设计有限时间收敛的舵减摇控制律;最后,通过李雅普诺夫稳定性理论,证明航向子系统和减摇子系统的稳定性。[结果]仿真结果表明,在不同海浪扰动下,所设计控制器使船舶能够在有限时间内追踪航向并实现减摇效果;与反步滑模控制相比,所设计控制器可改善船舶航向保持控制性能,减摇率提升了5%。[结论]所提方法可为欠驱动船舶舵减摇控制问题提供参考。

关键词：欠驱动船舶舵减摇滤波反步法有限时间控制

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基于模糊规则的鲁棒预测舵减摇控制

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中国舰船研究 2023年第4期18卷 206-214页

作者：秦毅峰刘志全上海海事大学航运技术与控制工程交通运输行业重点实验室上海201306

[目的]针对模型预测控制(MPC)中因权重值固定所导致的欠驱动船舶在舵减摇时对转向的响应较慢的问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器(FTESO)、模糊控制规则和鲁棒预测控制的舵减摇控制器设计方法。[方法]首先,建立固定航速欠驱动船... 详细信息

[目的]针对模型预测控制(MPC)中因权重值固定所导致的欠驱动船舶在舵减摇时对转向的响应较慢的问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器(FTESO)、模糊控制规则和鲁棒预测控制的舵减摇控制器设计方法。[方法]首先,建立固定航速欠驱动船舶线性模型用于控制器设计,FTESO用于观测船舶运动状态和外部扰动;然后,通过对船舶在航向保持和变航向的情况进行分析,设计这2种情况下的目标函数权重,并建立状态观测值与目标函数权重之间的模糊规则,随后采用鲁棒预测控制解决带约束的多目标协同控制问题;最后,以一艘多用途舰艇为例进行数值仿真分析。[结果]结果显示,在航向改变情况下,对比扰动补偿模型预测控制和扰动观测器强化模型预测控制,发现减摇效果分别提升了5.74%和0.8983%,对于30°的转向的响应时间分别减少了1.8和7.3 s,证明了所设计控制方法的闭环稳定性。[结论]研究表明,所提方法在欠驱动船舶减摇方面是有效的。

关键词：欠驱动船舶舵减摇有限时间状态观测器鲁棒预测控制模糊规则

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