基于二型模糊控制的无人艇航向航速控制系统设计与试验

[目的]针对水上复杂多变的环境给无人艇(USV)控制带来的不确定性干扰,提出基于二型模糊控制算法的USV航向航速控制器,并运用所提算法研制一套智能自主稳健的控制系统。[方法]构建USV航向航速运动特性模型,利用递推最小二乘法(RLS)对航向航速运动特性模型进行参数辨识,基于辨识的航向航速运动特性模型分别设计二型模糊控制算法和滑模控制算法,并进行实艇验证试验。[结果]结果表明,相较于滑模控制算法,二型模糊控制算法在控制USV时表现出了较好的鲁棒性,具有较理想的抗干扰能力,但在实时响应方面略长。[结论]研究结果可为在不确定干扰环境下的USV运动控制提供参考。

基于TACKF的海面目标航向航速估计算法

航向航速是海面目标的重要特征,能准确估计出目标的航向航速对于海面目标的跟踪、识别和打击具有非常重要的意义。由于海面目标跟踪中易出现量测高精度、系统复杂强非线性等情况,导致传统非线性滤波器对海面目标航向航速的估计精度不高。此外,海面运动目标自身速度较慢,滤波器的稳态波动对海面目标的航速估计影响较大。针对上述问题,提出了一种基于截断的自适应容积卡尔曼滤波器(TACKF)的海面目标航向航速估计算法。仿真结果表明,所提出的TACKF算法较传统的非线性滤波算法有显著的性能提升,可以有效提高复杂环境下海面目标航向航速的估计精度。

端口受控哈密顿方法的电力双推进无人船航向航速控制

以电力双推进无人船航速航向控制为主要研究问题,使用永磁同步电机作为无人船螺旋桨的驱动电机,采用基于端口受控哈密顿(PCH)方法,有效的降低了系统损耗,使无人船驱动系统输出功率得到了优化。仿真结果表明,系统能较快达到稳定状态,实现了无人船的速度控制要求,提升了无人船系统的续航能力。

船舶航速/航向协调自适应滑模容错控制

针对舵桨联合操纵的船舶航速/航向协调容错控制问题,结合舵桨功能有效性,提出了一种非线性广义扰动观测器,无需扰动先验信息在线补偿系统的扰动状态。基于广义扰动补偿和自适应估计提出了一种自适应滑模容错控制算法,通过实时估计广义扰动导数的范数上界消除扰动重构误差,同时设计了具有故障惩罚作用的伪逆优化分配策略,引入执行器有效性矩阵来修正故障执行器的优先作用等级,实现了冗余舵桨系统故障运行模式下的航速/航向跟踪、广义扰动补偿和执行器能耗最优化。仿真实验结果验证了所提的广义扰动观测器和自适应滑模容错控制系统的有效性。

差速转向式双推无人艇航向与航速联合控制研究

针对双推无人艇航速和航向联合控制问题,研究了MOOS-Ivp架构下基于PID控制的双电推无人艇航向与航速控制方法.首先研究了MOOS-Ivp架构下相应软件模块的功能和系统组成,并配置了保证控制系统正常运行所需的软件模块,提出了一种采用PID算法的航向和航速控制的闭环控制方法,设计了影响航向和航速PID控制精度的控制参数,进一步根据系统控制流程编写了闭环控制模块软件,并设计了下位机控制器和运动控制器的控制协议.最后通过岸边实验获取了该无人艇的速度和航向控制参数,并通过仿真和岸边实验验证了所提控制方法的有效性.

海洋重力测量中厄特沃什效应的合理改正

在海洋重力测量中,厄特沃什(E tv s)改正误差一直是影响测量精度的主要误差源。对测量过程的分析可以发现,原始采集的重力值实际上是经过低通滤波后一段时间内的平均重力变化,而一般的E tv s改正方法计算所得的只是某一时刻的改正值,这种差异导致了重力数据精度的下降。针对这种情况,提出了合理的滤波E tv s改正方法,使改正值和重力值达到了完全对应。最后以L&R的S型海洋重力仪的测量数据为例,具体地说明了这种新方法的改正效果。

一种机载对海雷达高精度参数估计方法

针对机载雷达海面目标航向航速解算和估计的准确性问题,本文从对海目标高度解算、目标航向航速解算及估计维度上提出了一种机载对海雷达高精度参数估计方法。通过仿真试验,该方法在海面目标跟踪过程中,能够有效地进行目标的航向和航速估计,同时为了提高算法的实用性,创新性分析了不同探测条件对目标航向和航速解算和估计结果的影响,验证了本文提出方法的适应性和可用性。

无人水面艇自主控制系统设计与试验研究

设计一种高速无人水面艇自主控制系统,包括岸基和船载设备两大部分,两者通过大功率无线网桥进行控制及数据信号交流,具有自动控制和手动遥控两种控制模式,能够实现循目标点航行及自主规划路径航行。系统软件架构基于多Agent技术,航向航速协同控制采用模糊自适应算法,任务路径规划采用遗传-蚁群融合算法。开发无人艇自主控制系统试验研究平台,并在开阔水域进行了试验研究,包括航向航速模糊自适应控制算法试验、路径规划算法试验、自主航行功能试验,并进行相应的数据分析。试验表明,无人艇在任意初始航向航速和随机干扰的情况下都能顺利高效地到达目标点,以此为基础能成功实现自主规划路径航行。

导航装备动态性能测试系统天线安装误差补偿方法研究

针对目前船舶计程仪及陀螺导航设备误差标校方法手段落后、过程周期长等问题,采用MS860作为测定误差的基准平台搭建导航装备动态性能测试系统,选用Nport5450串口服务器接收处理多路串口信号进行数据通信,结合轴角信号转换装置进行模拟、数字信号转换,利用信息处理机终端处理与显示导航参数信息。另外,分析了GPS天线安装偏差导致船体纵横摇、GPS天线高程差、方位偏差、GPS测量基线长和基座高程差等因素对GPS航向产生的影响,推导了GPS动态航向测量模型的误差补偿方程。此系统对降低导航设备误差标校工作成本,提高导航装备的保障性具有十分重要的意义。

内河邮轮动态自适应过闸操纵决策方法

为实现内河邮轮过闸操纵动态自适应决策,构建风、流等干扰下船舶操纵运动模型,依靠自适应最优航向控制方法在不同速度下实现船舶保向、改向。基于良好船艺设定过闸过程中关键点的目标航速,提出基于最小二分法的航速控制方法实现变速控制,建立可行航向求取方法,基于模型预测与反馈补偿的动态自适应控制方法校正剩余误差。在自适应决策框架内结合航速、航向控制方法和提出操纵决策方法。在设定试验场景下,进闸最大航迹偏差为26.72 m,最小为0.22 m;出闸最大航迹偏差为28.60 m,最小为0.20 m。结果表明:船舶能精准控制航迹沿推荐航线航行,可为闸区船舶自主航行研究提供理论基础和技术支持。