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基于EKF的高速无人艇操纵响应模型参数辨识 被引量:2
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作者 杨鑫 茅云生 +3 位作者 董早鹏 包涛 曾小龙 黄铖 《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》 2019年第5期957-961,967,共6页
为了对高速无人艇的操纵性能进行预报,提升其操控性,需要准确地获得无人艇操纵响应模型的各项参数.针对传统实验方法下获取模型参数缺陷,提出一种基于EKF的高速无人艇操纵响应模型参数辨识方法.首先利用差分法对高速无人艇的二阶非线性... 为了对高速无人艇的操纵性能进行预报,提升其操控性,需要准确地获得无人艇操纵响应模型的各项参数.针对传统实验方法下获取模型参数缺陷,提出一种基于EKF的高速无人艇操纵响应模型参数辨识方法.首先利用差分法对高速无人艇的二阶非线性操纵响应模型进行离散化,并通过变换将其转化成基于EKF的增广状态向量形式.基于四阶龙格-库塔法,仿真模拟辨识模型的输入数据,并对转化后的状态向量进行辨识,进一步解方程得到响应模型各项参数的辨识结果.对响应模型的各项参数进行敏感性分析,得到各参数对模型输出结果的敏感系数,从而对参数辨识结果误差分析论证.通过对原始模型和辨识模型的操纵运动仿真结果对比分析,验证了基于EKF所得到的辨识模型具有良好的泛化能力,能够更好的对高速无人艇进行操纵运动控制和预报. 展开更多
关键词 高速无人艇 操纵响应模型 扩展卡尔曼滤波 敏感性 泛化能力
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风浪环境下的舰船KT操纵响应模型研究
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作者 杨波 张炜灵 +2 位作者 蔡烽 王骁 霍龙 《舰船科学技术》 北大核心 2020年第17期99-102,共4页
风浪环境下的舰船操纵性已经成为国内外研究的热点。本文将波浪力添加到KT响应模型的最原始推导过程中,构建一个包含外力附加项的KT操纵响应模型。通过在不同浪高的环境下,对舰船进行Z形试验仿真,分析不同浪高对舰船航行的影响,说明了... 风浪环境下的舰船操纵性已经成为国内外研究的热点。本文将波浪力添加到KT响应模型的最原始推导过程中,构建一个包含外力附加项的KT操纵响应模型。通过在不同浪高的环境下,对舰船进行Z形试验仿真,分析不同浪高对舰船航行的影响,说明了模型的有效性。通过仿真舰船在不同的航速和舵角的旋回运动,分析风浪环境下不同的操纵情况对舰船操纵运动的影响,对在风浪环境下的舰船操纵有一定参考价值。 展开更多
关键词 风浪环境 KT操纵响应模型 波浪力
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基于极大似然法的高速无人艇操纵响应模型参数辨识 被引量:10
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作者 褚式新 茅云生 +1 位作者 董早鹏 杨鑫 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期127-134,共8页
高速水面无人艇操纵性预报精度取决于其运动模型中的参数获取精度,针对传统扩展卡尔曼滤波算法难以获取较高精度的模型参数问题,提出一种采用极大似然法辨识获取无人艇操纵运动2阶非线性响应模型参数的方法。基于某无人艇响应模型参数进... 高速水面无人艇操纵性预报精度取决于其运动模型中的参数获取精度,针对传统扩展卡尔曼滤波算法难以获取较高精度的模型参数问题,提出一种采用极大似然法辨识获取无人艇操纵运动2阶非线性响应模型参数的方法。基于某无人艇响应模型参数进行20°Z形仿真实验,采集艏向角和舵角变化数据,根据辨识原理与前向差分法设计一种极大似然辨识方法,通过辨识获取了模型参数。进一步研究发现在极大似然法辨识过程中部分参数有参数漂移现象产生,分析得到参数漂移产生的原因在于使用差分法处理Z形实验数据时忽略了舵角变化率的影响。采用正弦仿真实验数据结合极大似然法进行改进辨识研究,其舵角变化率可直接对舵角求导得到。针对极大似然法与扩展卡尔曼滤波算法的辨识结果展开操纵运动仿真实验。实验结果表明:通过极大似然法辨识获取的参数比传统卡尔曼滤波算法能更精确地预报无人艇的操纵运动,且基于正弦仿真实验数据辨识能有效解决极大似然法的参数漂移,从而为极大似然法辨识结果提供更高的精度。 展开更多
关键词 水面无人艇 操纵响应模型 参数辨识 极大似然法 正弦仿真
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基于UKF的无人艇操纵响应模型的参数辨识 被引量:3
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作者 褚式新 茅云生 +2 位作者 董早鹏 杨鑫 黄铖 《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》 2019年第5期947-950,956,共5页
为解决无人艇(unmannedsurfacevessel,USV)的操纵性预报问题,提出一种基于无迹卡尔曼滤波(UnscentedKalmanFilter,UKF)的辨识方法用于获取无人艇二阶非线性操纵响应模型参数.首先在Matlab平台上进行20°Z形仿真操纵实验,基于差分法... 为解决无人艇(unmannedsurfacevessel,USV)的操纵性预报问题,提出一种基于无迹卡尔曼滤波(UnscentedKalmanFilter,UKF)的辨识方法用于获取无人艇二阶非线性操纵响应模型参数.首先在Matlab平台上进行20°Z形仿真操纵实验,基于差分法对辨识模型离散化,运用设计的UKF算法展开辨识,并分析其辨识过程中的收敛性,将辨识结果在实验室平台上进行10°,20°和30°半物理仿真正弦和Z形操纵性实验.结果表明,UKF是一种有效的辨识算法,辨识结果能有效的预报无人艇的操纵性预报. 展开更多
关键词 无人艇 操纵响应模型 参数辨识 无迹卡尔曼滤波
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基于PSO的无人艇操纵响应模型参数辨识结果优化 被引量:3
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作者 褚式新 茅云生 +2 位作者 董早鹏 兰继雷 姜昊 《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》 2020年第5期865-869,共5页
为解决无人艇操纵性预报问题,基于无人艇二阶非线性响应模型,采用差分离散法设计辨识模型,在Matlab平台上采用四阶龙格库塔法进行20°Z形操纵仿真实验,利用采集的数据基于递推最小二乘算法辨识响应模型参数,并基于此辨识值提出采用... 为解决无人艇操纵性预报问题,基于无人艇二阶非线性响应模型,采用差分离散法设计辨识模型,在Matlab平台上采用四阶龙格库塔法进行20°Z形操纵仿真实验,利用采集的数据基于递推最小二乘算法辨识响应模型参数,并基于此辨识值提出采用粒子群算法做进一步优化,基于正弦操纵运动数据作为适应度函数数据源,优化后的各个参数精度均较以前有所提高,最后基于优化前后的辨识参数结果开展10°,20°及30°Z形、正弦以及回转仿真操纵运动,验证了利用粒子群算法能优化递推最小二乘算法的辨识结果,其优化结果能精确预报无人艇的各种操纵运动. 展开更多
关键词 水面无人艇 操纵响应模型 参数辨识 递推最小二乘法 粒子群算法
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基于遗传算法的水面无人艇操纵响应模型参数辨识仿真研究 被引量:1
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作者 褚式新 俞剑 +1 位作者 姜文 徐振 《中国电子科学研究院学报》 北大核心 2023年第10期930-935,967,共7页
为实现水面无人艇(Unmanned Surface Vessel, USV)的操纵性预报,针对USV二阶非线性操纵响应模型,提出了一种基于遗传算法(Genetic Algorithms, GA)的辨识方法用于辨识模型参数。首先在仿真平台采用龙格库塔法(Runge-Kutta)开展Z型操纵... 为实现水面无人艇(Unmanned Surface Vessel, USV)的操纵性预报,针对USV二阶非线性操纵响应模型,提出了一种基于遗传算法(Genetic Algorithms, GA)的辨识方法用于辨识模型参数。首先在仿真平台采用龙格库塔法(Runge-Kutta)开展Z型操纵仿真实验,基于差分离散法设计辨识模型,构造辨识模型适应度准则函数,初始种群在经过数代选择、交叉、变异后逐渐收敛至最优解,通过其收敛值计算模型辨识结果。辨识结果在精度和收敛性上均优于粒子群(Particle Swarm Optimization, PSO)算法,且在仿真试验情况下最大辨识误差率为4.19%,仿真试验验证了辨识结果的有效性和泛化性。GA是一种有效的高精度辨识算法,且辨识精度优于PSO算法,辨识结果能有效预报水面无人艇的操纵性。 展开更多
关键词 水面无人艇 操纵响应模型 参数辨识 遗传算法
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基于修正辅助变量法的船舶操纵响应模型辨识 被引量:4
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作者 曾道辉 蔡成涛 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期161-171,共11页
为了解决有色噪声干扰对船舶操纵响应模型参数的有偏估计问题,本文提出一种递推修正辅助变量最小二乘法对船舶操纵二阶响应模型进行参数辨识。算法在递推辅助变量最小二乘法的基础上,针对辨识模型引入动态滤波模型改善有色噪声的统计特... 为了解决有色噪声干扰对船舶操纵响应模型参数的有偏估计问题,本文提出一种递推修正辅助变量最小二乘法对船舶操纵二阶响应模型进行参数辨识。算法在递推辅助变量最小二乘法的基础上,针对辨识模型引入动态滤波模型改善有色噪声的统计特性,使得系统被估参数值在有色噪声干扰的情况下也能无偏趋近于参数真值。为了验证所提算法的有效性,在实船Z形试验数据的基础上,将递推修正辅助变量最小二乘法、递推辅助变量最小二乘法、增广最小二乘法和标准最小二乘法所辨识得到的模型的进行比较。结果表明:递推修正辅助变量最小二乘法的辨识模型相比其余三者的辨识模型与船舶实际航向角的拟合精度和泛化精度更高,对应的均方根拟合误差和均方根泛化误差分别可达到1°和2°以下,最大绝对误差分别在3°和4°以下。 展开更多
关键词 船舶操纵响应模型 参数辨识 有色噪声 辅助变量 最小二乘法 滤波模型 无偏估计 Z形试验
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基于改进MILS的船舶操纵响应模型辨识
8
作者 向军 陈永冰 李文魁 《舰船电子工程》 2023年第4期49-54,共6页
考虑到在船舶正常航行过程中采集的辨识数据存在难以满足持续激励的情况,基于多新息最小二乘法(Multi-Innovation Least Square Algorithm,MILS),利用奇异值分解技术处理协方差阵,提出一种改进的MILS船舶模型参数辨识算法。依据某船型... 考虑到在船舶正常航行过程中采集的辨识数据存在难以满足持续激励的情况,基于多新息最小二乘法(Multi-Innovation Least Square Algorithm,MILS),利用奇异值分解技术处理协方差阵,提出一种改进的MILS船舶模型参数辨识算法。依据某船型参数进行仿真实验,利用实验数据进行模型参数辨识,对比多新息最小二乘法与改进算法的模型参数辨识结果,并根据辨识得到的参数进行船舶运动预报,验证算法的有效性。仿真结果表明,与多新息最小二乘法相比,改进的MILS辨识算法降低了船舶参数辨识对舵角输入信号的要求,使得在船舶航行过程中的小幅度短暂操舵情况下具有更高的辨识精度,为船舶的航向自适应控制奠定了基础。 展开更多
关键词 船舶操纵响应模型 持续激励 参数辨识 多新息最小二乘法 奇异值分解
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