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数据驱动的船舶航迹跟踪控制方法研究
1
作者
熊勇
周思文
+1 位作者
王显飞
吕志远
《中国舰船研究》
北大核心
2025年第1期232-246,共15页
[目的]针对存在船舶模型参数未知、外界扰动未知以及舵机约束等问题,提出一种基于数据驱动的在线辨识船舶参数,迭代解析计算最优控制量的航迹跟踪控制方法。[方法]构建双螺旋桨船的三自由度动力学方程,通过采集船舶的运动数据,设计扩张...
[目的]针对存在船舶模型参数未知、外界扰动未知以及舵机约束等问题,提出一种基于数据驱动的在线辨识船舶参数,迭代解析计算最优控制量的航迹跟踪控制方法。[方法]构建双螺旋桨船的三自由度动力学方程,通过采集船舶的运动数据,设计扩张状态观测器-多新息递推最小二乘交互式算法。再将辨识得到的船舶运动模型在采样周期内近似为定常线性模型,将船舶航迹跟踪问题转变成带约束和干扰的线性二次型优化控制问题。通过引入加权矩阵与罚函数,构建包含轨迹误差、外界干扰量和控制量约束不等式的二次型性能指标,并运用精细积分法获得矩阵黎卡提微分方程的解析解,得到有限时间状态调节器的迭代计算式。[结果]实现了在线辨识船舶运动模型参数和估计未知扰动,并设计出一种“启动后不用管”的航迹跟踪控制算法,降低了参数辨识和控制算法对实验设计的严格要求。[结论]通过Matlab数值仿真分析权重矩阵Q,R和S对航迹跟踪精度的影响,验证了参数辨识和控制算法的有效性。
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关键词
无人艇
操纵性
运动控制
数据驱动
扩张状态观测器
精细积分法
线性二次型状态调节器
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职称材料
基于ESO扰动估计的双桨推进无人艇运动模型在线交互式辨识方法
2
作者
熊勇
王显飞
《中国航海》
CSCD
北大核心
2024年第4期155-167,174,共14页
为提高无人艇运动模型参数辨识算法的精度和抗扰性,以双桨推进无人艇为研究对象,考虑不确定环境扰动对其运动状态的影响,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的交互式辨识方法。首先根据分离建模思想,考虑螺旋桨转速对指令信号的响应特性,...
为提高无人艇运动模型参数辨识算法的精度和抗扰性,以双桨推进无人艇为研究对象,考虑不确定环境扰动对其运动状态的影响,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的交互式辨识方法。首先根据分离建模思想,考虑螺旋桨转速对指令信号的响应特性,构建双桨推进无人艇三自由度动力学方程,对其参数化得到用于辨识的线性模型。其次基于最小二乘准则函数,从数学期望角度证明引入扰动估计的交互辨识方法可以提高辨识精度,并设计了扩张状态观测器对模型中的未知扰动进行估计。将估计值作为多新息递推最小二乘辨识算法的先验信息,将所获辨识值作为下次扰动估计的依据,持续在线交互更新,提高了辨识算法的抗扰性。最后通过实船试验验证了交互式辨识算法的有效性。
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关键词
参数辨识
船舶运动模型
扩张状态观测器
多新息递推最小二乘
交互式辨识
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职称材料
题名
数据驱动的船舶航迹跟踪控制方法研究
1
作者
熊勇
周思文
王显飞
吕志远
机构
武汉理工大学航运学院
出处
《中国舰船研究》
北大核心
2025年第1期232-246,共15页
基金
国家自然科学基金资助项目(52271367)
2023研究生公共实验课程建设项目(20230412)。
文摘
[目的]针对存在船舶模型参数未知、外界扰动未知以及舵机约束等问题,提出一种基于数据驱动的在线辨识船舶参数,迭代解析计算最优控制量的航迹跟踪控制方法。[方法]构建双螺旋桨船的三自由度动力学方程,通过采集船舶的运动数据,设计扩张状态观测器-多新息递推最小二乘交互式算法。再将辨识得到的船舶运动模型在采样周期内近似为定常线性模型,将船舶航迹跟踪问题转变成带约束和干扰的线性二次型优化控制问题。通过引入加权矩阵与罚函数,构建包含轨迹误差、外界干扰量和控制量约束不等式的二次型性能指标,并运用精细积分法获得矩阵黎卡提微分方程的解析解,得到有限时间状态调节器的迭代计算式。[结果]实现了在线辨识船舶运动模型参数和估计未知扰动,并设计出一种“启动后不用管”的航迹跟踪控制算法,降低了参数辨识和控制算法对实验设计的严格要求。[结论]通过Matlab数值仿真分析权重矩阵Q,R和S对航迹跟踪精度的影响,验证了参数辨识和控制算法的有效性。
关键词
无人艇
操纵性
运动控制
数据驱动
扩张状态观测器
精细积分法
线性二次型状态调节器
Keywords
unmanned vehicles
maneuverability
motion control
data driven
extended state observer
precise integration method
linear quadratic form state regulator
分类号
U664.82 [交通运输工程—船舶及航道工程]
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职称材料
题名
基于ESO扰动估计的双桨推进无人艇运动模型在线交互式辨识方法
2
作者
熊勇
王显飞
机构
武汉理工大学航运学院
武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心
武汉理工大学内河航运技术湖北省重点实验室
出处
《中国航海》
CSCD
北大核心
2024年第4期155-167,174,共14页
基金
国家自然科学基金资助项目(52271367,52071249)
文摘
为提高无人艇运动模型参数辨识算法的精度和抗扰性,以双桨推进无人艇为研究对象,考虑不确定环境扰动对其运动状态的影响,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的交互式辨识方法。首先根据分离建模思想,考虑螺旋桨转速对指令信号的响应特性,构建双桨推进无人艇三自由度动力学方程,对其参数化得到用于辨识的线性模型。其次基于最小二乘准则函数,从数学期望角度证明引入扰动估计的交互辨识方法可以提高辨识精度,并设计了扩张状态观测器对模型中的未知扰动进行估计。将估计值作为多新息递推最小二乘辨识算法的先验信息,将所获辨识值作为下次扰动估计的依据,持续在线交互更新,提高了辨识算法的抗扰性。最后通过实船试验验证了交互式辨识算法的有效性。
关键词
参数辨识
船舶运动模型
扩张状态观测器
多新息递推最小二乘
交互式辨识
Keywords
parameter identification
ship motion model
extended state observer
multi-neo-interest recursive least squares
interactive identification
分类号
U661.3 [交通运输工程—船舶及航道工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
数据驱动的船舶航迹跟踪控制方法研究
熊勇
周思文
王显飞
吕志远
《中国舰船研究》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
基于ESO扰动估计的双桨推进无人艇运动模型在线交互式辨识方法
熊勇
王显飞
《中国航海》
CSCD
北大核心
2024
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
已选择
0
条
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参考文献
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