无人水面艇自主航行控制仿真系统研究

无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)具有系统复杂、试验区域受限、算法验证实艇效率低等问题,因此,设计一套无人艇仿真模拟系统,具备算法验证、任务推演、数据回放等功能,能加快开发速度,提高试验效率,降低试验成本。该仿真模拟系统集成了5个模块:显控模块用于地图显示、全局航路规划和数据显示等;操纵性运动模型模块主要采用三自由度响应数学模型;环境信息模块主要实现对环境感知数据真实模拟;航行控制模块主要实现无人艇航路跟踪以及航向、航速精确控制;避障模块根据航行态势进行实时避障。该仿真系统中各模块之间相互独立,可进行模块的更换和参数设置,仿真试验结果表明,该仿真系统可以为自主航行算法开发和任务推演提供可靠的验证过程和结果。

无人艇运动控制仿真试验训练系统设计研究

针对靶场无人装备仿真试验手段缺乏问题,在构建无人艇动力学模型和运动模型的基础上,基于CoppeliaSim仿真软件,设计了一套无人艇运动控制仿真试验训练系统,构建了PID、滑膜和模糊PID三种控制器,并采用Navmesh寻路算法实现无人艇仿真平台的路径规划。该系统弥补了靶场无人装备仿真试验的不足,解决了无人艇模拟训练手段缺乏的难题,可为无人装备数字化试验鉴定提供基础支撑。

单喷泵水面无人艇综合运动控制系统设计与实验研究

针对单喷泵水面无人艇在运动中的强非线性因素和传统运动控制系统功能单一、集成度低、控制效果不理想等问题,开发并设计了一套应用于水面高速无人艇的综合运动控制系统。此系统以PC104嵌入式上位计算机和底层可编程控制器为核心模块,通过Matlab/simlink工具箱和VC6.0开发工具,完成了系统模型、航向与航速控制算法的建立,以及控制软件界面的搭建与编制工作。然后,在仿真实验和实艇下水试验中,完成了远程运动控制操纵、实时定位检测以及多任务传感器的数据采集与集成等功能。试验结果表明:艇上采集与分析的传感器数据可靠,远距离运动控制可靠,系统整体具有良好的工程化发展前景。

基于MPC的无人船运动控制及可视化仿真系统实现

运动控制可视化对研究在环境干扰和自动避碰需求下的无人船运动控制具有重要意义.建立了风浪干扰下的船舶运动数学模型,基于模型设定一系列约束,运用模型预测控制(model predictive control,MPC)算法对船舶运动轨迹进行控制.以Visual C++为开发环境,搭建了无人船运动可视化仿真平台,实现了基于Matlab与VC混合编程的多约束MPC控制器,在软件界面上能实时显示船舶运动轨迹和船舶运动相关参数的动态变化.实验结果表明,系统能够较好地模拟船舶真实航行轨迹,并能根据不同船舶特性更改船舶运动参数,为无人船运动控制研究提供测试仿真平台.

喷水推进型无人水面艇的嵌入式运动控制系统研究

针对无人水面艇（USV）系统因其强非线性和不确定性且难以建立精确的数学模型而难以控制的问题，进行了嵌入式运动控制研究。为某单泵喷水推进型无人水面艇设计了嵌入式运动控制系统，分别从软件和硬件两个方面实现了该嵌入式控制系统的体系结构。为了满足嵌入式无人水面艇控制系统对数据处理实时性和可靠性的需求，在S面运动控制器的基础上引入了α-β-γ滤波器。海试和湖试试验结果表明所设计的控制器和滤波器具有良好的控制性能，试验验证了该控制系统的可行性和可靠性。

无人水面艇仿真系统设计与实现

无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)的海上调试成本高、难度大、效率低.为了减少海上调试工作量,设计了仿真系统,规划了仿真流程,为无人水面艇控制系统的测试和分析提供了平台.该仿真系统包括5个模块:显控模块用于全局路径规划和综合信息监控;数据仿真模块模拟障碍检测传感器与位置和姿态传感器数据;障碍处理模块对检测数据进行预处理、栅格化、聚类和拟合,并对拟合后的动态障碍进行跟踪;导航和避障模块嵌入视线制导(line of sight,LOS)导航和椭圆聚类-碰撞锥推演的动态避障算法;运动控制模块采用广义预测控制-比例积分(generalized predictive control-proportion-integral-derivative,GPC-PID)串级控制方法.各个仿真模块具有独立性,可根据不同需求替换.仿真实验结果表明了该系统设计的正确性和合理性.

基于i.MX RT1052模块的无人艇运动控制系统

为了快速、精准和有效地实现无人艇底层运动控制,完成艇上各个运动设备信息的上传下达,基于高性能的i.MX RT1052模块设计了底层运动控制系统。基于MDK5软件搭建了嵌入式软件运动控制系统,利用PID方法实现电机转速和舵机舵角的闭环控制,基于MODBUS协议实现电池信息的读取解析。自行设计了配电管理板,提高了系统的集成度和安全性。整套系统在xboat无人试验艇上进行了轨迹跟踪实艇验证,显示了设计的运动控制系统的有效性和可靠性。