基于欧拉迭代模型预测的欠驱动水面船舶路径跟踪控制

【目的】解决具有外部受风流干扰和舵角输入受约束的欠驱动船舶路径跟踪问题。【方法】采用基于欧拉迭代的模型预测控制算法(MPC)对欠驱动船舶路径跟踪进行控制。【结果】MPC能够灵活地处理舵角输入受约束问题,欧拉迭代法离散和预测船舶未来状态可以简化MPC设计的运算。为弥补欧拉迭代法在精度上的不足,直接以分离型船舶模型(MMG)作为MPC的预测模型。应用径向基函数(RBF)神经网络历史信息训练实现对外界风流干扰的逼近及补偿。【结论】所设计的控制器可以使船舶在考虑风流干扰和舵角约束的情况下准确地跟踪上设定的路径,所提控制算法的有效性得到验证。

结合改进RBF与虚拟圆弧的船舶路径滑模控制

为解决欠驱动船舶路径跟踪中存在速度状态不易获取﹑外界环境干扰及内部模型不确定等问题,提出结合速度观测的径向基函数(RBF)神经网络滑模控制算法。并为改进RBF对未知项的逼近能力,引入反正切函数对RBF权值进行更新。为处理船舶速度不可测问题,基于双曲正切函数建立了非线性观测器。此外,为避免船在转向点处容易产生超调的情况,提出在路径衔接处根据转向角大小而设计可变圆弧的虚拟路径,以提高路径跟踪性能。最终对比仿真表明,在不需获取速度值的情况下,控制器仍能使船在时变干扰下准确地跟踪上参考路径,并提高了路径跟踪性能和RBF逼近性能,验证了所提方法的有效性。

结合速度和干扰观测的船舶路径跟踪模型预测控制

针对船舶路径跟踪控制中的舵角需优化﹑舵幅和舵速受约束等问题,提出模型预测控制(model predictive control,MPC)算法。为处理系统高阶状态值不易测量以及环境干扰问题,设计高阶非线性观测器,同时对船速和包含模型不确定项和外界干扰的总未知项进行估计。以引入舵机响应系统的MMG模型作为预测模型,不仅能提高预测精度,而且更符合船舶运动控制的实际情况。仿真结果表明,所设计的控制器在风浪流时变干扰下仍能跟踪参考路径,舵角幅值小且其变化是光滑的,速度值和总未知项也均能被准确地逼近,验证了所提算法的有效性。

结合状态观测与遗传算法的船舶路径预测控制

为实现具有速度不易测﹑模型不确定﹑受外界因素干扰﹑输入需约束及优化等特点的欠驱动船舶的路径跟踪,提出带状态观测的模型预测控制(MPC)。在限制条件下利用MPC求解性能指标函数,处理舵角优化﹑舵幅与舵速约束问题。设计扩张状态观测器(ESO)对环境干扰和模型不确定项进行估计,提高MPC的性能。通过预测未来估计误差,利用遗传算法在线调节ESO参数,提高估计性能。基于指数函数建立速度观测器,避免速度不易测。稳定性分析和仿真试验结果表明,采用该结合状态观测的MPC船舶路径控制方案,当速度和干扰均未知时,船舶仍能跟踪上参考路径,舵角平滑且始终在约束值内,MPC控制精度和ESO估计精度均得到提高。研究结果说明该方案是可行的、有效的。

带非线性观测器的船舶路径跟踪预测控制

针对船舶路径跟踪中存在的舵角需优化、舵幅与舵速受约束问题,提出了模型预测控制算法(MPC)。为提高预测值的准确性,将高精度船舶分离模型(MMG)作为MPC的预测模型。针对模型不确定项和外界干扰问题,设计非线性观测器对其进行逼近并补偿。仿真表明,所设计的控制器使船在风浪流时变干扰下仍能准确地跟踪上参考路径,且舵角变化小而平滑,说明了所提MPC算法的有效性。

考虑横向漂移的船舶路径跟踪自抗扰控制

针对船舶运动系统中内部动态不确定和外部干扰等问题,进行了欠驱动船舶路径跟踪的自抗扰方法研究。利用Backstepping设计参考航向角,并利用线性扩张状态观测器对流干扰和横向运动引起的横向漂移进行估计。根据自抗扰算法对航向进行控制,采用线性扩张状态观测器对外界干扰及内部不确定项进行估计。最后的仿真结果表明,在风流干扰下所设计的控制器仍能使船准确地跟踪上参考路径,验证了所提控制方案的有效性。

带状态观测器的船舶路径跟踪预测滑模控制

为解决具有速度不易测量、模型不确定与外界干扰的欠驱动船舶路径跟踪问题,提出一种结合线性扩张状态观测器(LESO)的滑模控制算法。首先对船舶路径进行预测,据此预测值和参考路径值计算路径未来误差,并基于Backstepping算法设计参考艏向角。其次,采用双曲正切函数设计滑模控制器,对艏向进行控制。引入LESO对外界干扰和不确定参数进行逼近,以提高控制器的鲁棒性。并利用非线性观测器和LESO对船舶纵向速度、横向速度以及转艏角速度进行估计,避免速度不易测量问题。最终的仿真结果验证了所设计控制器的有效性。

具有轴手性化合物的对映选择性合成研究进展

轴手性化合物具有独特的手性结构,在不对称催化、医药、光电材料和天然产物等诸多领域具有重要应用。近年来轴手性化合物对映选择性合成取得了较大的研究进展,在手性轴的类型上除了传统的C―C轴和C―N轴以外,N―N轴、C―S轴、C―O轴和C―B轴手性化合物的不对称合成也取得了新的突破。本文综述了近年来各类轴手性化合物不对称合成的研究进展,并对该领域未来的发展方向进行了展望。