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题名欠驱动无人船单目视觉伺服镇定控制
被引量：11
- 1
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作者
何红坤
王宁
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机构
大连海事大学船舶电气工程学院
大连海事大学轮机工程学院
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出处
《中国舰船研究》
CSCD
北大核心
2022年第5期166-174,183,共10页
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基金
国家自然科学基金资助项目(52271306)
船舶总体性能创新研究开放基金资助项目(31422120)。
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文摘
[目的]针对全球定位系统拒止环境下的欠驱动无人船(USV)精准位姿镇定问题,提出一种基于单应性的欠驱动无人船单目视觉伺服镇定控制方法。[方法]借助单应性分解技术,直接从当前图像和期望图像中重构出具有未知尺度因子的位姿误差,可完全摆脱相机外部参数标定和目标物先验信息;针对欠驱动约束,在连续时变输出反馈控制器中引入基于持续激励艏摇角的周期函数,使得欠驱动无人船能够在图像深度、运动速度、模型参数均未知的情况下实现镇定控制。[结果]在李雅普诺夫理论框架下,采用芭芭拉引理严格证明了欠驱动无人船视觉伺服闭环控制系统的渐近稳定性。[结论]仅采用船载单目相机,所提出的视觉伺服策略能够确保欠驱动无人船实现精准位姿镇定,为海上接驳对接、靠离泊、动力定位等实际需求提供重要技术支撑。
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关键词
欠驱动无人船
单目视觉伺服
镇定控制
连续时变输出反馈
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Keywords
underactuated unmanned surface vehicle
monocular visual servo
stabilization control
continuous time-variant output feedbacks
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分类号
U664.82
[交通运输工程—船舶及航道工程]
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题名基于双偶极向量场的欠驱动无人船目标跟踪制导方法
被引量：7
- 2
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作者
初庆栋
尹羿博
龚小旋
刘陆
王丹
彭周华
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机构
大连海事大学船舶电气工程学院
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出处
《中国舰船研究》
CSCD
北大核心
2022年第4期32-37,共6页
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文摘
[目的]为改进欠驱动无人船(USV)目标跟踪制导的暂态控制性能,提出一种基于双偶极向量场的目标跟踪制导方法。[方法]首先,根据双偶极向量场原理,设计欠驱动USV艏摇角速度和前向速度导引律。然后,通过稳定性分析,证明控制系统是有界稳定的。最后,经仿真和实验验证所提方法的有效性。[结果]结果表明,控制系统能够使USV跟踪位置收敛到目标点附近的邻域内,不仅跟踪轨迹更光滑,暂态控制性能也更好,在实现目标跟踪的同时还能够保持期望的航向。[结论]所提方法可以克服现有目标跟踪制导方法稳态航向不能指定的局限性。
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关键词
欠驱动无人船
双偶极向量场
目标跟踪
制导控制
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Keywords
under-actuated unmanned surface vehicles
two-dimensional dipolar vector field
target tracking
guidance and control
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分类号
U664.82
[交通运输工程—船舶及航道工程]
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题名基于时延估计与终端滑模的无人船跟踪控制
- 3
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作者
刘超
叶华生
沈跃
刘慧
沈亚运
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机构
江苏大学电气信息工程学院
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出处
《电子测量技术》
北大核心
2025年第4期91-100,共10页
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基金
中国高校产学研创新基金-无人集群协同智能项目(2021ZYB02002)资助。
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文摘
针对欠驱动无人船动力学模型参数获取困难、跟踪控制易受水流及自然风等干扰的问题,本文提出了一种基于自适应时延估计与超螺旋快速终端滑模的轨迹跟踪控制方法。首先通过手部位置点坐标变换方法,对欠驱动无人船数学模型进行状态扩展重新构建;然后采用自适应时延估计技术,估计无人船未知动力学模型部分及外部扰动,并设计超螺旋快速终端滑模控制策略补偿时延估计产生的误差,提高控制系统鲁棒性;最后,基于仿真分析与航行跟踪实验验证本研究控制方法可行性。在航行跟踪实验中,位置平均误差相比于PID算法、滑模算法及自适应时延估计滑模算法分别降低了35.1%、24.7%、20.8%,轨迹跟踪精度高。本文提出的控制方法不依赖动力学模型参数,可实现欠驱动无人船精准轨迹跟踪控制,且收敛速度快、鲁棒性高,为欠驱动无人船轨迹跟踪控制提供了可供借鉴的方法。
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关键词
欠驱动无人船
自适应时延估计
超螺旋快速终端滑模控制
轨迹跟踪控制
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Keywords
underactuated unmanned surface vehicle
adaptive delay estimation
super-twisting fast terminal sliding mode control
trajectory tracking control
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分类号
TP273
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
TN79
[电子电信—电路与系统]
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题名环境驱动无人船大洋长航程路径规划研究
- 4
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作者
廖年游
王鹏
刘然然
黄瑞
徐华
田新亮
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机构
上海交通大学海洋工程国家重点实验室
上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院
自然资源部第三海洋研究所
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出处
《舰船科学技术》
北大核心
2024年第14期81-88,共8页
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基金
国家自然科学基金联合基金重点项目(U20A20328)。
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文摘
环境驱动无人船,如波浪滑翔机、saildrone等,由于自身低航速性、欠驱动性和弱机动性,导致其在大洋航行时受洋流干扰显著,甚至在部分强洋流海域出现失控的情况。本文基于先验已知的动态流场,通过B样条控制点随机生成无人船路径,并计算每一条路径在动态流场中考虑路径距离、航行速度以及路径光滑度的综合代价函数,使用遗传算法迭代搜索最优控制点组合。此外,考虑到大洋长航程路径规划中时间跨度长的特点,将出发时间作为路径优化参数,对比分析不同出发时间对行程用时的影响。仿真表明,所提出的路径规划策略能够有效提升大范围动态流场中欠驱动无人船的平均航速,缩短目标抵达时间。同时,在大范围长时序航行中,选择适当的出发时间可以进一步缩短行程用时。
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关键词
动态流场
大范围长时序
欠驱动无人船
路径规划
遗传算法
B样条曲线
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Keywords
dynamic flow field
long voyage
underdrive unmanned ship
path planning
genetic algorithm
Bspline
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分类号
U675
[交通运输工程—船舶及航道工程]
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题名带扰动观测器的欠驱动水面无人船轨迹跟踪控制
被引量：9
- 5
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作者
张凯
王玉龙
刘兆清
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机构
江苏科技大学
上海大学
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出处
《舰船科学技术》
北大核心
2019年第23期127-132,139,共7页
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基金
国家自然科学基金资助项目(61873335,61833011)
上海市东方学者特聘教授资助项目
+1 种基金
江苏省青蓝工程中青年学术带头人资助项目
江苏省自然科学基金(BK20161361)等
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文摘
为实现三自由度欠驱动水面无人船在未知外界扰动下的轨迹跟踪,本文设计一种带扰动观测器的反步法轨迹跟踪控制器。首先,构造扰动观测器估计未知扰动,对纵荡以及首摇2个自由度方向上的控制量进行前馈补偿。然后,为增强系统抗扰动能力并加快误差收敛速度,将水面无人船位置误差的积分项引入控制系统,分别在运动学和动力学回路中构造虚拟控制律镇定跟踪误差,过程中结合神经动态模型技术,解决了传统反步法的微分爆炸问题,同时有效避免了控制过程中的控制不连续问题。最后,仿真实验验证了所设计控制器的有效性。
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关键词
欠驱动水面无人船
反步法
神经动态模型
扰动观测器
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Keywords
underactu unmanned surface vehicleated
backstepping
neural dynamics model
disturbance observer
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分类号
U664
[交通运输工程—船舶及航道工程]
TP273
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名多领航者导引无人船集群的分布式时变队形控制
被引量：13
- 6
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作者
吴文涛
古楠
彭周华
刘陆
王丹
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机构
大连海事大学船舶电气工程学院
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出处
《中国舰船研究》
CSCD
北大核心
2020年第1期21-30,共10页
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基金
国家自然科学基金资助项目(61673081,51979020)
大连市杰出青年科技人才支持计划资助项目(2018RJ08)。
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文摘
[目的]针对含有模型高度不确定性和未知海洋环境扰动的无人船集群,研究多领航者导引的欠驱动无人船(USV)集群的分布式时变队形控制问题。[方法]首先,在运动学层级,基于包含策略和路径操纵原理,设计时变队形分布式制导律;然后,在动力学层级,针对USV航行中存在的模型不确定性以及未知海洋环境扰动,设计基于扩张状态观测器(ESO)的前向速度和艏摇角速度控制律,减小模型不确定性和未知海洋环境扰动带来的影响;最后,进行级联系统稳定性分析和控制器有效性的仿真验证。[结果]研究表明,无人船集群采用的分布式时变编队闭环控制系统输入状态稳定,仿真结果证明了控制方法的有效性。[结论]所提出的控制器可以使无人船集群形成预定的时变编队队形,并跟踪多领航者形成的凸包。
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关键词
欠驱动无人船
制导和控制律
时变队形控制
多领航者
扩张状态观测器
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Keywords
under-actuated Unmanned Surface Vehicle(USV)
guidance and control law
time-varying formation control
multiple leaders
Extended State Observer(ESO)
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分类号
U674.91
[交通运输工程—船舶及航道工程]
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题名无人船集群的抗干扰最优覆盖控制
被引量：1
- 7
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作者
刘洋
贾宏春
刘陆
王丹
彭周华
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机构
大连海事大学船舶电气工程学院
宜昌测试技术研究所
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出处
《中国舰船研究》
CSCD
北大核心
2023年第1期67-77,共11页
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基金
国家自然科学基金资助项目(51979020,51909021)。
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文摘
[目的]针对固定的海洋区域,研究欠驱动水面无人船(ASV)集群的抗干扰最优覆盖控制问题。[方法]首先,在运动学层级,基于邻居ASV位置和环境密度信息进行Voronoi分配,设计欠驱动ASV运动学制导律,引导ASV运动到最优目标点;然后,考虑复杂海洋环境下ASV模型的不确定性以及风浪流引起的外部扰动,在动力学层级设计一种固定时间扩张状态观测器(FTESO),并基于FTESO设计固定时间的动力学控制律。[结果]稳定性分析结果表明了ASV集群的抗干扰最优覆盖控制闭环系统的误差是有界的,仿真结果验证了该方法的有效性。[结论]通过采用该抗干扰最优覆盖控制器,ASV集群可以在任意的初始位置实现对目标区域的最优覆盖。
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关键词
欠驱动无人船
Voronoi分配
覆盖控制
固定时间扩张状态测器
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Keywords
under-actuated autonomous surface vehicle
Voronoi tessellation
coverage control
fixed-time extended state observer(FTESO)
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分类号
U664.82
[交通运输工程—船舶及航道工程]
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题名基于改进鹦鹉算法优化的USV轨迹跟踪滑模控制
- 8
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作者
刘海涛
黄桂羚
田雪虹
彭照强
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机构
广东海洋大学机械工程学院
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出处
《舰船科学技术》
北大核心
2025年第7期87-93,共7页
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基金
广东省普通高校重点领域专项资助项目(2023ZDZX1005)
广东海洋大学国家级大学生创新训练项目(202310566013)。
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文摘
针对存在外部海洋环境干扰的无人船轨迹跟踪控制精确度不高、耗时低效的问题,提出一种基于改进鹦鹉算法优化的无人水面船(USV)轨迹跟踪滑模控制方法。设计控制器利用RBF神经网络快速的非线性映射对不定干扰进行估计,补偿滑模控制输出,引入切换步长因子及可控变化概率改进原始鹦鹉算法,利用改进的具有优异求解能力的PSPO算法自动求解RBF神经网络的各项参数,进一步提升其拟合效果。最终输出纵向推力和转向力矩,实现欠驱动无人船的轨迹跟踪控制。仿真结果表明,该控制器能对干扰进行快速精确地估计以提升系统的鲁棒性,误差收敛速度较单一神经网络滑模控制和滑模控制分别提高约25%和60%,能够实现对预设轨迹有效跟踪。
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关键词
欠驱动无人船
神经网络控制
滑模控制
优化算法
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Keywords
underactuated unmanned vessel
neural network control
sliding mode control
optimization algorithm
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分类号
TP273.2
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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