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基于D^(*)DWA的水面无人艇路径规划
1
作者 段求辉 《控制工程》 北大核心 2026年第1期129-134,共6页
针对水面无人艇在动态环境下的路径规划难以满足全局最优和实时避障需求的问题,提出了一种改进D^(*)算法和改进动态窗口法相融合的算法,即D^(*)DWA。首先,对环境地图进行栅格化建模,利用层次聚类法根据障碍物的坐标位置对地图进行区域划... 针对水面无人艇在动态环境下的路径规划难以满足全局最优和实时避障需求的问题,提出了一种改进D^(*)算法和改进动态窗口法相融合的算法,即D^(*)DWA。首先,对环境地图进行栅格化建模,利用层次聚类法根据障碍物的坐标位置对地图进行区域划分;然后,建立区域障碍物复杂度量化指标向量对D^(*)算法中的代价函数进行优化,获取全局最优路径的基本信息;最后,根据全局最优路径中关键节点信息设计动态窗口法的评价函数,快速规划出全局最优光滑路径。实验将所提出的D^(*)DWA与其他路径规划算法进行了仿真对比。实验结果表明,该算法提高了路径规划的效率,增加了路径的平滑度。 展开更多
关键词 水面无人艇 路径规划 层次聚类法 改进D^(*)算法 动态窗口法
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船舶自主航行虚拟测试场景研究进展 被引量：5
2
作者 陈立家 王凯 +3 位作者 黄立文 李胜为 周欣蔚 刘岩值 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期25-37,共13页
自主航行能力系统性测试、验证与可靠性评价是智能船舶产业化应用的重要前提。为明确不同测试对象对于自主航行测试场景的需求,对自主航行测试场景的测试对象、场景定义、构建方法和测试方式进行梳理。依据测试对象和场景需求的特点,将... 自主航行能力系统性测试、验证与可靠性评价是智能船舶产业化应用的重要前提。为明确不同测试对象对于自主航行测试场景的需求,对自主航行测试场景的测试对象、场景定义、构建方法和测试方式进行梳理。依据测试对象和场景需求的特点,将场景构建方法分为真实数据提取、机理建模重构、数据驱动衍生和优化搜索采样方法,对比阐述不同场景构建方法的性能和所生成场景的特点,并结合算法验证优化、性能评估和安全验证等不同测试需求分析场景构建方法所存在的问题。研究结果表明:实际应用要求测试场景构建技术充分关注测试场景结构体系的完备描述、场景组合爆炸和场景系统动力学演化问题。未来的研究应重点关注异质交通场景发展趋势,丰富智能船舶测试理论和方法体系,为智能船舶的研究成果产业化应用奠定理论与技术基础。 展开更多
关键词 智能船舶 船舶测试 自主航行 测试场景 场景定义 场景生成 场景重构
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A^(*)与NSGA-II融合的船舶气象航线多目标规划方法 被引量：1
3
作者 李元奎 索基源 +3 位作者 于东冶 张新宇 杨放 杨雪锋 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第3期288-295,共8页
[目的]面向我国智能航运和气象导航国产化的发展要求,提出一种基于A^(*)与非支配排序遗传算法(NSGA-II)融合的船舶多目标航线规划方法,以适应复杂多样的远洋航行任务。[方法]通过将A^(*)算法引入至NSGA-II中引导搜索方向加快算法收敛速... [目的]面向我国智能航运和气象导航国产化的发展要求,提出一种基于A^(*)与非支配排序遗传算法(NSGA-II)融合的船舶多目标航线规划方法,以适应复杂多样的远洋航行任务。[方法]通过将A^(*)算法引入至NSGA-II中引导搜索方向加快算法收敛速度,然后通过构建环境数据模型和目标函数,采用跨太平洋航线对模型和算法进行仿真验证。[结果]仿真结果表明:设计的模型和算法可求解得到分布均匀、多样化的Pareto最优航线解集,所有航线均可以顺利躲避大风浪区域,且可根据决策者需求选择船舶最适航线。[结论]所提方法可用于多约束条件下的船舶远洋航线优化,求解符合航次目标的航线,从而降低营运成本、提高航运效率,对船舶气象导航和未来船舶智能航行具有一定的支撑作用。 展开更多
关键词 气象航线 多目标优化 A^(*)算法 NSGA-II 智能航行 遗传算法
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基于改进DQN算法的船舶全局路径规划研究 被引量：1
4
作者 关巍 曲胜 +1 位作者 张显库 胡彤博 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期107-114,共8页
[目的]为提升实际海域环境下船舶航行路径的经济性与安全性,提出一种改进深度Q网络(DQN)算法的船舶全局路径规划方法。[方法]首先,引入优先经验回放机制赋予重要样本更高的权重,提升学习效率;然后,再通过决斗网络和噪声网络改进DQN的网... [目的]为提升实际海域环境下船舶航行路径的经济性与安全性,提出一种改进深度Q网络(DQN)算法的船舶全局路径规划方法。[方法]首先,引入优先经验回放机制赋予重要样本更高的权重,提升学习效率;然后,再通过决斗网络和噪声网络改进DQN的网络结构,使其对特定状态及其动作的价值评估更加准确,并同时具备一定的探索性和泛化性。[结果]实验结果表明,在马尼拉附近海域环境下,相比于A^(*)算法和DQN算法,改进算法在路径长度上分别缩短了1.9%和1.0%,拐点数量上分别减少了62.5%和25%。[结论]实验结果验证了改进DQN算法能够更经济、更合理地规划出有效路径。 展开更多
关键词 船舶 运动规划 DQN算法 优先经验回放(PER)
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基于改进DDPG算法的无人船自主避碰决策方法 被引量：2
5
作者 关巍 郝淑慧 +1 位作者 崔哲闻 王淼淼 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期172-180,共9页
[目的]针对传统深度确定性策略梯度(DDPG)算法数据利用率低、收敛性差的特点,改进并提出一种新的无人船自主避碰决策方法。[方法]利用优先经验回放(PER)自适应调节经验优先级,降低样本的相关性,并利用长短期记忆(LSTM)网络提高算法的收... [目的]针对传统深度确定性策略梯度(DDPG)算法数据利用率低、收敛性差的特点,改进并提出一种新的无人船自主避碰决策方法。[方法]利用优先经验回放(PER)自适应调节经验优先级,降低样本的相关性,并利用长短期记忆(LSTM)网络提高算法的收敛性。基于船舶领域和《国际海上避碰规则》(COLREGs),设置会遇情况判定模型和一组新定义的奖励函数,并考虑了紧迫危险以应对他船不遵守规则的情况。为验证所提方法的有效性,在两船和多船会遇局面下进行仿真实验。[结果]结果表明,改进的DDPG算法相比于传统DDPG算法在收敛速度上提升约28.8%,[结论]训练好的自主避碰模型可以使无人船在遵守COLREGs的同时实现自主决策和导航,为实现更加安全、高效的海上交通智能化决策提供参考。 展开更多
关键词 无人船 深度确定性策略梯度算法 自主避碰决策 优先经验回放 国际海上避碰规则 避碰
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基于人工智能技术的海上无人驾驶船舶自动避障方法 被引量：2
6
作者 叶磊 李建喜 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第4期186-189,共4页
为将复杂海洋避障问题简单化处理,提出人工智能技术的海上无人驾驶船舶自动避障方法,根据障碍物的位置,实时调整船舶的航向,确保船舶在航行过程中始终避开障碍物。构建无人驾驶船舶的动力以及运动学模型,模拟其在海上的运行情况;采用人... 为将复杂海洋避障问题简单化处理,提出人工智能技术的海上无人驾驶船舶自动避障方法,根据障碍物的位置,实时调整船舶的航向,确保船舶在航行过程中始终避开障碍物。构建无人驾驶船舶的动力以及运动学模型,模拟其在海上的运行情况;采用人工智能技术中的改进人工势场法,综合考虑障碍物对船舶的斥力以及目标点为船舶的引力,计算船舶所受总势场,将总势场的方向视为船舶避障操作的预设航向,设计基于PD控制器的避障控制方法,以实际航向与预设航向之间的偏差及其变化率为输入,输出舵机舵摆角度,实现船舶的自动避障。实验结果显示,该方法可以实现多障碍物密集分布环境和复杂动态障碍物场景下的自动避障,保障无人驾驶船舶的海上安全航行。 展开更多
关键词 人工智能 无人驾驶船舶 海上避障 多障碍物
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大型舰船特殊环境下舱室布局的适应性设计与验证
7
作者 伍玉宙 于文龙 顾炎辉 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第22期89-93,共5页
针对大型舰船在海洋动力学、密闭受限及恶劣工况等多环境耦合下舱室布局适应性不足的问题,以核心动力舱为研究对象,开展适应性设计与验证研究。分析了特殊环境对舱室布局的约束机制,构建核心功能优化-关键系统整合-动态适配升级的分模... 针对大型舰船在海洋动力学、密闭受限及恶劣工况等多环境耦合下舱室布局适应性不足的问题,以核心动力舱为研究对象,开展适应性设计与验证研究。分析了特殊环境对舱室布局的约束机制,构建核心功能优化-关键系统整合-动态适配升级的分模块设计方案,最后建立多物理场仿真-人因工程验证的一体化评估体系。结果表明,通过该设计方案,设备振动传递效率、舱内最高温度、应急响应时间与操作误差率均能满足预设标准,实现了预期的适应性设计目标。本文研究可为大型舰船动力舱及同类核心舱室的适应性设计提供技术支撑,可广泛应用于作战、保障及科研类舰船的新建与改装项目。 展开更多
关键词 大型舰船 动力舱布局 多场耦合 多物理场仿真
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限制水域智能船舶安全航速自适应控制方法
8
作者 吴兵 苏鑫 刘佳仑 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第7期1349-1356,共8页
针对大型船舶航速低时乘潮历时长、航速高时下沉量大的问题,本文提出了一种乘潮潮时和下沉量双重约束的智能船舶安全航速自适应控制方法。通过对比分析不同航速推算公式,引入BarrassⅡ型公式,研究了船舶航行下沉量与最大安全航速的关系... 针对大型船舶航速低时乘潮历时长、航速高时下沉量大的问题,本文提出了一种乘潮潮时和下沉量双重约束的智能船舶安全航速自适应控制方法。通过对比分析不同航速推算公式,引入BarrassⅡ型公式,研究了船舶航行下沉量与最大安全航速的关系。基于四自由度船舶运动模型,结合富裕水深和乘潮航行需求,构建了动态安全航速约束框架。通过动态约束与非线性模型预测控制,设计了安全航速约束的代价函数,并使用Lyapunov函数证明稳定性,实现了在内河水深吃水比受限情况下的航速自适应控制。在长江吴淞口仿真环境中,验证了控制器的有效性,5种增益矩阵下的平均乘潮路程完成率为98.84%,且控制器能根据船舶运动状态和环境调整航速,始终保持在安全范围内。所提出方法能根据水深实现动态航速控制,并满足大型船舶乘潮航行需求。 展开更多
关键词 智能船舶 船舶下沉量 乘潮航行 动态约束 安全航速 自适应控制 非线性模型预测控制 轨迹跟踪
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智能驱动,操控未来:智能船艇技术的探索与实践
9
作者 王鸿东 刘佳仑 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期1-2,共2页
智能船艇操纵与控制是平台执行具体任务的基础功能,是水路交通与海洋工程领域智能化转型升级的关键技术。它融合了船海工程、人工智能(AI)、自动控制、通信导航、系统工程等学科领域的先进成果,可提升船艇航行的决策规划、运动控制能力... 智能船艇操纵与控制是平台执行具体任务的基础功能,是水路交通与海洋工程领域智能化转型升级的关键技术。它融合了船海工程、人工智能(AI)、自动控制、通信导航、系统工程等学科领域的先进成果,可提升船艇航行的决策规划、运动控制能力。目前,我国智能船艇操纵与控制技术成熟度处于TRL5~TRL7级,已在各类民用和军用场景下进行实测验证、产业迭代和推广应用,并针对大型化平台、高海况环境和特种作业任务等场景需求,持续深入开展研究。 展开更多
关键词 决策规划 水路交通 自动控制 特种作业 智能驱动 技术成熟度 系统工程 通信导航
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激光雷达数据驱动下无人船障碍物感知定位研究
10
作者 赵越 王仁强 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第12期55-58,共4页
为提升无人船的海洋环境感知能力,助力路径规划、避障决策等工作顺利开展,研究激光雷达数据驱动下无人船障碍物感知定位方法。通过无人船搭载激光雷达采集航行环境机激光雷达点云数据,经坐标转换至无人船坐标后,结合姿态仪数据进行坐标... 为提升无人船的海洋环境感知能力,助力路径规划、避障决策等工作顺利开展,研究激光雷达数据驱动下无人船障碍物感知定位方法。通过无人船搭载激光雷达采集航行环境机激光雷达点云数据,经坐标转换至无人船坐标后,结合姿态仪数据进行坐标优化,并通过坐标映射构建变尺寸栅格地图,运用基于DBSCAN算法的数据挖掘方法去除海杂波干扰以精准感知障碍物,通过多假设跟踪模型和卡尔曼滤波器实现障碍物定位与动态跟踪。结果表明,该方法能有效利用激光雷达数据感知障碍物信息,并准确跟踪障碍物位置变化,具备良好稳定性。 展开更多
关键词 雷达数据 无人船 障碍物 感知定位
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数据驱动的船舶航迹跟踪控制方法研究
11
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。 展开更多
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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基于低-高增益反馈控制和扩张状态观测器的双体船垂向稳定研究
12
作者 张军 申琦清 +1 位作者 任俊杰 刘志林 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期300-308,共9页
[目的]在恶劣海况下,双体船的垂荡和纵摇运动幅度过大,变化剧烈,严重影响适航性。为此提出低-高增益反馈控制和高阶扩张状态观测器(HOESO)补偿相结合的垂向稳定控制策略。[方法]首先,对耦合的双体船垂向运动模型进行近似解耦,将垂荡和... [目的]在恶劣海况下,双体船的垂荡和纵摇运动幅度过大,变化剧烈,严重影响适航性。为此提出低-高增益反馈控制和高阶扩张状态观测器(HOESO)补偿相结合的垂向稳定控制策略。[方法]首先,对耦合的双体船垂向运动模型进行近似解耦,将垂荡和纵摇运动的耦合、波浪扰动等视为集总扰动,将其扩张为3个虚拟状态量,设计HOESO提高扰动估计精度,并将估计值用于前馈补偿。其次,提出低-高增益反馈控制实现垂向运动的闭环稳定,减少低增益反馈控制的保守性,并保证T形翼和压浪板附体输入满足约束。最后,利用Matlab搭建的双体船垂向稳定控制系统进行仿真。[结果]仿真结果表明,所提控制策略能够有效抑制垂荡和纵摇运动幅度,提高垂向运动的稳定性。垂荡位移减小了49.47%,纵摇角减小了53.83%。[结论]该研究成果可为多体船的稳定控制提供参考,且具有一定的实际工程应用意义。 展开更多
关键词 船舶 运动控制 反馈控制 双体船 垂向稳定控制 扩张状态观测器
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基于生物启发模型的欠驱动AUV协同编队终端滑模控制
13
作者 李志豪 董早鹏 +2 位作者 刘伟 盛金亮 孙蓬勃 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第4期262-271,共10页
[目的]针对存在外界环境干扰以及模型不确定的欠驱动AUV协同编队轨迹跟踪控制问题,提出一种基于生物启发模型的终端滑模(BFTSMC)编队控制方法。[方法]首先,利用微分跟踪器平滑领航艇的艏向角,通过领航—跟随者的编队控制方法生成跟随艇... [目的]针对存在外界环境干扰以及模型不确定的欠驱动AUV协同编队轨迹跟踪控制问题,提出一种基于生物启发模型的终端滑模(BFTSMC)编队控制方法。[方法]首先,利用微分跟踪器平滑领航艇的艏向角,通过领航—跟随者的编队控制方法生成跟随艇的期望轨迹;其次利用反步法推导出虚拟期望速度以镇定AUV的位置误差,并采用生物启发模型,对虚拟速度控制律进行平滑处理,减少前期系统的抖振和降低对控制器的计算复杂程度;然后设计基于反正切函数的固定时间非奇异终端滑模控制器,使得整个编队系统更快收敛;最后为了减少外界环境干扰和模型不确定性带来的复合干扰,采用基于最小学习参数法的神经网络(MLP-RBF)进行补偿。[结果]相比于积分滑模控制,所提出的控制方法可使整个AUV编队系统更快、更精确地跟踪上参考轨迹。[结论]所设计的编队控制算法能够实现对AUV的三维轨迹跟踪。 展开更多
关键词 自主水下航行器 领航—跟随者法 生物启发模型 神经网络 滑模控制 编队控制
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基于人工智能技术的舰船自动驾驶控制系统
14
作者 李尚富 陈大伟 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第10期181-184,共4页
为增强舰船面对大风、海浪等外界干扰时的航向控制能力,设计基于人工智能技术的舰船自动驾驶控制系统。构建具备非线性特征的船舶航向控制系统数学模型,并将其转换成状态空间形式进行描述,以此为基础,采用人工智能技术中的模糊神经网络(... 为增强舰船面对大风、海浪等外界干扰时的航向控制能力,设计基于人工智能技术的舰船自动驾驶控制系统。构建具备非线性特征的船舶航向控制系统数学模型,并将其转换成状态空间形式进行描述,以此为基础,采用人工智能技术中的模糊神经网络(FNN)与Bang-Bang控制相结合的方式搭建舰船自动控制系统结构,其中Bang-Bang控制器以航向偏差和偏差变化率为输入,实现快速消除较大航向偏差,模糊神经控制器同样以此为输入,负责在偏差较小时进行精细调控,二者协同实现舰船自动驾驶控制。实验结果表明,该系统能有效应对外界干扰,稳定跟踪航向,减少频繁操舵与超调,可快速将航向稳定在目标值,实现更优的舰船自动驾驶控制。 展开更多
关键词 人工智能 模糊神经网络 航向偏差 自动驾驶 舰船控制
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AUV近水面波浪跟随控制及环境参数分析
15
作者 王一 汪旋 +1 位作者 王检耀 李相衡 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期340-349,共10页
[目的]针对自主水下航行器(AUV)执行通信任务的隐蔽性要求,提出一种带折叠天线的AUV近水面通信模式。[方法]基于切片理论对规则波的波浪干扰力进行预报,建立AUV五自由度近水面运动方程;结合视线法(LOS)和PID控制器,开展AUV本体的波浪跟... [目的]针对自主水下航行器(AUV)执行通信任务的隐蔽性要求,提出一种带折叠天线的AUV近水面通信模式。[方法]基于切片理论对规则波的波浪干扰力进行预报,建立AUV五自由度近水面运动方程;结合视线法(LOS)和PID控制器,开展AUV本体的波浪跟随控制仿真研究。[结果]仿真结果表明,空间循迹运动的法向跟踪稳定精度为0.2476m,波浪跟随运动的垂向跟踪稳定精度为0.2326m,控制效果较好。同时,统计分析发现,波高和波频对控制效果影响显著,波高和波频越大,控制效果越差。[结论]所做研究验证了AUV近水面波浪跟随运动的可行性,可为高隐蔽实时通信等提供理论模型支撑。 展开更多
关键词 自主水下航行器 波浪干扰力 波浪跟随控制 视线法 PID控制
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基于三维势场模型的船舶局部路径规划方法 被引量：2
16
作者 王群朋 李龙浩 +4 位作者 关宏旭 刘佳仑 蔡健哲 沙正荣 张金水 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期135-146,共12页
[目的]为使局部路径规划算法更加符合船舶操纵特性,生成的参考路径更加安全可靠,提出一种三维势场建模方法。[方法]将笛卡尔坐标系转换为椭球体坐标系,解决势场分布函数的各向同性问题,通过求解拉普拉斯方程计算船舶势能分布函数,设计... [目的]为使局部路径规划算法更加符合船舶操纵特性,生成的参考路径更加安全可靠,提出一种三维势场建模方法。[方法]将笛卡尔坐标系转换为椭球体坐标系,解决势场分布函数的各向同性问题,通过求解拉普拉斯方程计算船舶势能分布函数,设计势场模型和模型预测控制(MPC)算法相结合的控制框架,提升不同场景下船舶动态实时局部路径规划的适应性。以苏通长江公路大桥桥区水域实际航行船舶为仿真对象,采用三维势场模型获取局部参考路径,结合MPC算法进行船舶路径跟踪控制仿真试验。[结果]结果表明,在单船对遇场景、单船交叉会遇场景以及多船场景下,相较于传统人工势场和改进人工势场生成的参考路径,三维势场模型的局部参考路径长度、曲线平滑度、最大转向角度、平均绝对航向误差整体表现最优。可以生成距离更短、更平滑的局部路径,且更加符合船舶实际操纵习惯,在交通流量密集的场景下的抖动更加轻微。[结论]三维势场模型生成的局部参考路径可以有效识别目标船舶转向角度和船舶尺度差异,降低对周围目标船舶数量的依赖,并能有效获取船舶智能体之间的相互作用,具有较高的可靠性。 展开更多
关键词 局部路径规划 三维势场 拉普拉斯方程 操纵性 模型预测控制 避碰 运动规划
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基于KFESO的多无人艇分布式协同路径跟踪复合抗扰控制 被引量：3
17
作者 陈浩宇 徐海祥 +2 位作者 魏骁 王健 陈伟 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期191-202,共12页
[目的]针对无人水面艇(USV)受高低频混合多源干扰影响,难以精确获取状态信息及保证跟踪精度的问题,提出一种基于卡尔曼滤波联合扩张状态观测器(KFESO)的多艇分布式协同路径跟踪复合抗扰控制方法。[方法]联合Kalman滤波器构造KFESO用于... [目的]针对无人水面艇(USV)受高低频混合多源干扰影响,难以精确获取状态信息及保证跟踪精度的问题,提出一种基于卡尔曼滤波联合扩张状态观测器(KFESO)的多艇分布式协同路径跟踪复合抗扰控制方法。[方法]联合Kalman滤波器构造KFESO用于估计无人艇各阶状态量以及集总扰动。设计分布式状态观测器观测虚拟领航艇速度信息,并根据参考速度估计值以及KFESO输出的位置和速度估计值,基于一致性理论与视线引导律设计运动学协同控制器。在此基础上,再利用反步法与动态面控制技术设计动力学抗扰控制器。使用李雅普诺夫稳定性理论证明控制系统下所有误差信号一致最终有界。[结果]仿真结果表明,所设计的控制方法能够准确获取USV各阶状态,且在高低频混合多源干扰下仍具有良好的跟踪精度与抗干扰能力。[结论]该方法能够缓解状态观测器在估计速度与精度之间的矛盾,提高多艇协同路径跟踪精度。 展开更多
关键词 无人艇 分布式协同路径跟踪 多源干扰 运动控制 操纵性
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基于神经动态优化与模型预测控制的欠驱动船舶精确路径跟踪 被引量：2
18
作者 史峻侨 刘程 +3 位作者 郭玮丽 孙婷 王雪刚 徐锋 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期203-212,共10页
[目的]旨在解决传统模型预测控制方法采用在线滚动方式进行优化求解,造成欠驱动船舶路径跟踪预测控制器计算量大的问题。[方法]将神经动态优化系统引入模型预测控制方法,提出一种具有实时性的欠驱动船舶路径跟踪预测控制器。首先,针对... [目的]旨在解决传统模型预测控制方法采用在线滚动方式进行优化求解,造成欠驱动船舶路径跟踪预测控制器计算量大的问题。[方法]将神经动态优化系统引入模型预测控制方法,提出一种具有实时性的欠驱动船舶路径跟踪预测控制器。首先,针对船舶欠驱动特性,采用并改进视线制导策略:针对传统视线制导策略的运动学模型不确定性问题,基于滑模思想,提出鲁棒视线制导方法;更进一步,针对外界干扰影响下船舶易产生侧滑角问题,对侧滑角进行补偿,提出鲁棒自适应视线制导方法,提高系统对模型不确定性与外界干扰的鲁棒性。其次,针对欠驱动船舶输入饱和问题,通过模型预测控制方法将船舶路径跟踪问题转化为含有输入约束限制的二次优化问题。最后,针对模型预测控制方法采用在线滚动优化策略导致计算负担增加问题,基于投影递归神经网络,建立神经动态优化求解器,通过并行求解含有输入约束限制的二次优化问题,提高计算效率。[结果]经过直线和曲线路径跟踪仿真,验证了本文所提出的具有实时性的欠驱动船舶路径跟踪预测控制器能够达到任意路径跟踪的目标。对比仿真实验结果也表明所提方法相较于Fmin-con优化求解器(MATLAB内置求解器)计算效率提升约90倍,具有显著优势。[结论]研究结果对于提升欠驱动船舶路径跟踪预测控制的实时性能具有一定的工程实用参考价值。 展开更多
关键词 无人船 运动控制 模型预测控制 路径跟踪 神经动态优化 鲁棒自适应视线制导 操纵性
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无人舰艇智能航行技术进展与前沿 被引量：3
19
作者 楼建坤 徐蒙源 +2 位作者 岳林 冯伟强 王鸿东 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期3-14,共12页
[目的]无人舰艇智能航行系统主要负责舰艇的环境感知、决策规划和运动控制,是执行具体任务的基础。旨在梳理该系统关键技术的发展现状,剖析现存问题,并对未来发展方向提出建议,为无人舰艇智能航行关键技术的持续进步提供参考。[方法]基... [目的]无人舰艇智能航行系统主要负责舰艇的环境感知、决策规划和运动控制,是执行具体任务的基础。旨在梳理该系统关键技术的发展现状,剖析现存问题,并对未来发展方向提出建议,为无人舰艇智能航行关键技术的持续进步提供参考。[方法]基于近年来无人舰艇完成的百公里及千公里自主远航任务,深入综述智能航行关键技术在国内外的发展情况,通过相关技术的应用案例分析、理论研究成果梳理等方式,归纳总结当前技术的优势与不足,进而针对性地提出未来发展的关键技术方向。[结果]当前,无人舰艇智能航行技术在环境感知、决策规划和运动控制方面均取得一定进展,但仍面临诸多挑战。在环境感知方面,复杂环境下的目标感知准确性有待提升,且缺乏对波浪的实时感知能力;决策规划方面,难以有效应对动态任务场景下的多约束问题;运动控制方面,全航程多工况自适应控制能力不足。[结论]针对上述问题,建议重点发展以下关键技术:构建无人舰艇六自由度高精度运动模型,为航行决策和控制提供精准依据;利用多模态数据和人工智能前沿技术,开发感知决策大模型,增强系统的智能化水平;研究面向高海况的安全航行技术,提升无人舰艇在恶劣海洋环境中的作业能力和生存能力。 展开更多
关键词 无人艇 环境感知 传感器数据融合 决策规划 运动控制 运动规划 大模型
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基于改进自适应控制分配的船舶推进器故障容错控制 被引量：1
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作者 郎祺 徐海祥 +3 位作者 余文曌 杜哲 王红梅 陈金龙 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期289-299,共11页
[目的]针对过驱动船舶在作业中因部分推进器发生故障导致推进能力下降的问题,提出一种基于改进自适应控制分配的容错控制方法。[方法]首先,设计自适应控制分配算法对含有故障推进系统的配置矩阵进行在线自适应重构,在当前推进能力条件... [目的]针对过驱动船舶在作业中因部分推进器发生故障导致推进能力下降的问题,提出一种基于改进自适应控制分配的容错控制方法。[方法]首先,设计自适应控制分配算法对含有故障推进系统的配置矩阵进行在线自适应重构,在当前推进能力条件下尽量减小推力偏差,并在自适应更新律中引入微分项,以抑制自适应过程中的推力抖振现象;然后,将未处理的控制分配误差作为系统的广义干扰,设计修正型扩张状态观测器对包含其在内的系统集总扰动进行在线估计并在控制律中进行补偿;最后,对闭环控制系统误差有界性进行证明。[结果]以自研的过驱动船舶实验样机为对象进行的仿真与模型实验结果表明,所提方法在推进器发生故障时能显著降低作业误差,使系统更快地恢复至稳定状态,并有效地改善系统的抖振现象。[结论]综上所述,所提方法能够有效应对过驱动船舶推进器失效故障,提升船舶在作业时的容错能力,对提高过驱动船舶的安全性与可靠性具有重要意义。 展开更多
关键词 船舶 操舵装置 容错 可靠性 运动控制 自适应控制系统 推进器故障
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