基于LQR的船舶自主靠泊策略研究

自主靠泊是船舶自动航行研究领域的热点。为有效解决船舶靠泊过程中的路径规划与控制问题,提出了一种基于Frenet框架的改进线性二次型调节器(LQR)控制方法和一种自适应的靠泊策略决策模型,将船舶运动控制、路径规划和靠泊策略选择相结合,实现船舶的自适应自主靠泊。首先,建立风流干扰的船舶动力学模型,根据当前风流环境与泊位的空间关系自动选择靠泊方式;然后,规划靠泊路径并利用LQR控制器实现船舶的自主靠泊。为验证控制器的有效性,在仿真实验中充分考虑靠泊过程中的船舶大漂角特性与岸壁效应。仿真实验表明:本文提出的方法对环境干扰具有良好的鲁棒性,能够根据不同工况选择不同的靠泊策略并实现船舶的自主靠泊。

基于Frenet框架的协同自适应巡航控制算法设计

当前对协同自适应巡航控制算法的研究主要集中在单车道纵向方向上,对横向控制考虑的很少,但实际车辆运动过程中转弯以及换道等场景必不可少。为此,本文基于Frenet框架对车队中单个车辆的动力学模型在横向与纵向两个自由度进行解耦。针对车辆的纵向控制问题,通过满足指数收敛条件来保证被控车辆对临近前车和首车的跟踪性,并通过sigmoidal函数来平衡跟踪权重。针对车辆的横向控制问题,采用李雅普诺夫方法进行控制算法设计。仿真实验结果验证了本文控制算法的有效性。