基于改进的视线导引算法与自抗扰航向控制器的无人艇航迹控制 被引量：11

1

作者 杨忠凯 仲伟波 +1 位作者 冯友兵 孙彬 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2021年第1期121-127,135,共8页

[目的]无人艇(USV)在复杂环境情况下会出现偏离目标航线的情况,为提高水面无人艇的抗干扰能力及实际航行的稳定性,实现对航迹的准确控制,提出一种改进的无人艇航迹控制方法。[方法]根据导航信号受环境影响的情况,对GPS信号有效和无效2... [目的]无人艇(USV)在复杂环境情况下会出现偏离目标航线的情况,为提高水面无人艇的抗干扰能力及实际航行的稳定性,实现对航迹的准确控制,提出一种改进的无人艇航迹控制方法。[方法]根据导航信号受环境影响的情况,对GPS信号有效和无效2种情况下的航迹控制分别进行分析,在自主可控平台上设计并实现了基于模糊控制可变船长比的视线导引算法(LOS)和自抗扰航向控制器(ADRC)相结合的航迹控制方法,并开展了双桨双舵无人艇湖上试验。[结果]仿真结果表明:该方法可满足航迹控制的要求,转弯后航向能够快速保持稳定,无频繁摆舵现象,且该方法能够完成真实环境下的航迹控制,航迹贴线误差均值约为0.1 m,方差约为0.03。[结论]湖上试验结果验证了该算法在实际工程应用中的可行性和有效性。 展开更多

关键词 航迹控制 视线导引算法 自抗扰算法 模糊控制 自主可控平台

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基于虚拟长机的非线性视线导引律多机编队控制

2

作者 孙哲 沈伟 +2 位作者 李浩 郭剑东 杨忠清 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2022年第10期1-6,共6页

针对多无人机编队控制难题,设计了一种基于虚拟长机与非线性视线导引律相结合的多机编队控制算法。将编队飞行过程分为航路飞行与航路切换两个阶段。在航路飞行阶段,虚拟长机由非线性视线导引律生成参考点,根据队形的几何位置生成实际... 针对多无人机编队控制难题,设计了一种基于虚拟长机与非线性视线导引律相结合的多机编队控制算法。将编队飞行过程分为航路飞行与航路切换两个阶段。在航路飞行阶段,虚拟长机由非线性视线导引律生成参考点,根据队形的几何位置生成实际编队飞机的期望参考点,进而得到每架飞机保持编队队形所需的滚转角指令;在航路切换阶段,虚拟长机采用圆弧飞行,以虚拟长机作为编队飞机的期望参考点生成队形保持的滚转角指令。速度指令由虚拟飞机与编队飞机之间的距离误差得到。以某固定翼飞机的非线性仿真模型为基础,设计典型“V”字队形,通过数值仿真验证了多架飞机在航路飞行与航路切换阶段编队算法的可靠性与控制精度。 展开更多

关键词 无人机 虚拟长机 非线性视线导引律 多机编队

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基于视线导引策略的无人艇航迹跟踪控制算法 被引量：3

3

作者 王潋 李烨 +3 位作者 陈霄 罗荣 完颜娟 唐嘉钰 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S02期20-25,共6页

为实现复杂海洋环境下无人艇对期望航迹的精确跟踪和安全航行控制问题,对目前用于无人艇航迹跟踪控制的视线导引策略进行了详细研究,可分为基于前视距离的视线导引策略和基于包围圈的视线导引策略两大类,并分析了两类算法各自的优缺点... 为实现复杂海洋环境下无人艇对期望航迹的精确跟踪和安全航行控制问题,对目前用于无人艇航迹跟踪控制的视线导引策略进行了详细研究,可分为基于前视距离的视线导引策略和基于包围圈的视线导引策略两大类,并分析了两类算法各自的优缺点。建立无人艇数学模型,基于前视距离的视线制导策略和PID控制思想设计无人艇航迹跟踪控制算法。仿真实验结果表明:所提算法具有良好的航迹跟踪控制效果,可为现阶段我国无人艇自主航行控制技术的研究和无人艇装备建设提供参考。 展开更多

关键词 无人艇 视线导引策略 航迹跟踪控制 PID算法

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基于改进积分视线导引策略的欠驱动无人水面艇路径跟踪 被引量：16

4

作者 陈霄 刘忠 +2 位作者 张建强 董蛟 周德超 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期489-499,共11页

路径跟踪控制是无人水面艇(USV)自主完成各项任务使命的关键技术之一,受到国内外运动控制领域的普遍关注。为提高风浪流等外界环境干扰下,无人水面艇(USV)路径跟踪控制的准确性和鲁棒性,研究海流等外界扰动环境下一类非对称欠驱动无人... 路径跟踪控制是无人水面艇(USV)自主完成各项任务使命的关键技术之一,受到国内外运动控制领域的普遍关注。为提高风浪流等外界环境干扰下,无人水面艇(USV)路径跟踪控制的准确性和鲁棒性,研究海流等外界扰动环境下一类非对称欠驱动无人水面艇的路径跟踪问题,提出了2种改进积分视线(ILOS)导引策略,并基于改进导引策略和反馈控制思想实现了无人水面艇水平面的路径跟踪。与传统ILOS导引策略相比,第1种改进策略具有变积分增益能够避免积分饱和及超调现象;第2种改进策略在前者的基础上将前视距离设计为时变量,使得无人水面艇操纵更加灵活,其中积分增益和前视距离均为垂直距离误差的不同函数,引导无人水面艇灵活快速地跟踪期望路径。基于级联系统理论证明了当所有控制目标实现时,控制系统为全局k-指数稳定(GKES)的,理论分析和仿真实验证明了算法的有效性和先进性。 展开更多

关键词 欠驱动控制 无人水面艇(USV) 积分视线(ILOS)导引 路径跟踪 级联系统 稳定性证明

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一种新的AUV路径跟踪控制方法 被引量：14

5

作者 王银涛 郑美云 严卫生 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期517-521,共5页

研究了自主水下航行器(AUV)的路径跟踪问题,将跟踪控制问题分为导引和控制2部分。导引部分基于视线导引(Line of Sight)原理输出AUV的参考航向,针对AUV的参数不确定性及海流干扰等特点,航向控制器采用变结构控制律计算舵角控制输入,在... 研究了自主水下航行器(AUV)的路径跟踪问题,将跟踪控制问题分为导引和控制2部分。导引部分基于视线导引(Line of Sight)原理输出AUV的参考航向,针对AUV的参数不确定性及海流干扰等特点,航向控制器采用变结构控制律计算舵角控制输入,在此基础上,将航向控制器与路径跟踪控制器并行结合,构造了文中提出的混合型路径跟踪控制器。文章从理论上证明了控制律的稳定性,仿真结果表明,所设计的控制律可以保证AUV沿期望路径航行,路径跟踪误差快速收敛。 展开更多

关键词 导航 控制 自主水下航行器 视线导引 路径跟踪

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欠驱动无人艇路径跟踪控制算法 被引量：10

6

作者 陈霄 刘忠 +1 位作者 董蛟 张建强 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2018年第3期107-112,共6页

针对欠驱动无人艇水平面内的路径跟踪问题,首先建立了无人艇的运动学和动力学模型;然后,基于视线导引策略和输出反馈控制思想设计了路径跟踪控制算法;最后,通过对无人艇位置误差镇定、航向角和纵向速度的跟踪控制,实现了三自由度欠驱动... 针对欠驱动无人艇水平面内的路径跟踪问题,首先建立了无人艇的运动学和动力学模型;然后,基于视线导引策略和输出反馈控制思想设计了路径跟踪控制算法;最后,通过对无人艇位置误差镇定、航向角和纵向速度的跟踪控制,实现了三自由度欠驱动无人艇直线和曲线路径跟踪。理论分析和仿真实验证明:所提出的路径跟踪控制算法具有较小的稳态误差和良好的动态性能。 展开更多

关键词 欠驱动控制 无人艇 视线导引 输出反馈控制 路径跟踪

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自主水下航行器自适应S面三维轨迹跟踪的仿真验证 被引量：12

7

作者 李文魁 周铸 +1 位作者 宦爱奇 夏宇轩 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2022年第4期38-46,91,共10页

[目的]旨在研究非线性六自由度自主水下航行器(AUV)的轨迹跟踪问题。[方法]为此,设计三维轨迹变前视距离视线(LOS)导引律,利用李雅普诺夫稳定性判据证明此导引律的稳定性,使用设计的自适应S面控制算法对AUV的航向角、纵倾角和纵向速度... [目的]旨在研究非线性六自由度自主水下航行器(AUV)的轨迹跟踪问题。[方法]为此,设计三维轨迹变前视距离视线(LOS)导引律,利用李雅普诺夫稳定性判据证明此导引律的稳定性,使用设计的自适应S面控制算法对AUV的航向角、纵倾角和纵向速度进行控制。然后,以REMUS 100 AUV为例,利用Matlab软件分别对AUV的航向角、纵倾角和纵向速度控制及其空间直线、曲线轨迹跟踪进行仿真,以验证所提导引律的有效性。[结果]结果表明:对于非线性控制而言,相比于传统的S面控制,自适应S面控制可降低控制参数整定的难度,抗干扰能力更强;而且,相比于传统的LOS导引律,所提导引律可使AUV更快地跟踪上参考轨迹。[结论]所设计的轨迹跟踪控制算法能够实现对AUV的三维轨迹跟踪,并改善AUV的操纵性。 展开更多

关键词 自主水下航行器 视线导引 三维轨迹跟踪 自适应S面控制

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海洋环境下欠驱动无人艇航迹跟踪控制算法 被引量：18

8

作者 陈霄 刘忠 +2 位作者 罗亚松 王潋 董蛟 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期110-117,共8页

为提高风浪流等外界环境扰动下,欠驱动无人艇航迹跟踪控制的准确性和鲁棒性,研究真实海洋环境下一类欠驱动无人艇的航迹跟踪控制问题,提出了一种基于改进视线导引算法与自适应滑模航向控制算法级联形式的欠驱动无人艇航迹跟踪控制算法,... 为提高风浪流等外界环境扰动下,欠驱动无人艇航迹跟踪控制的准确性和鲁棒性,研究真实海洋环境下一类欠驱动无人艇的航迹跟踪控制问题,提出了一种基于改进视线导引算法与自适应滑模航向控制算法级联形式的欠驱动无人艇航迹跟踪控制算法,并基于李雅普诺夫理论和级联系统理论证明了当所有控制目标实现时,航迹跟踪控制系统为一致全局渐近稳定的.与传统的视线导引算法相比,改进的导引算法通过引入自适应观测器能够实现对漂角的实时估计和补偿,同时时变前视距离的设计使得无人艇的操纵更加灵活.以"海鲟03号"无人艇操纵运动模型和辨识得到的参数为基础,在MATLAB/SIMULINK软件上进行了航迹跟踪对比仿真实验,仿真结果表明:相比传统LOS导引策略下的航迹跟踪算法,控制算法动态性能更高且稳态误差较小,验证了算法的有效性和先进性;利用"海鲟03号"无人艇对所提出的控制算法进行了海上试验,结果表明在航迹跟踪控制算法的作用下,无人艇能较为准确地跟踪预先设定的期望航迹,且在整个航迹跟踪过程中,航迹误差相对较小,验证了该算法在实际工程应用中的正确性和有效性. 展开更多

关键词 欠驱动控制 无人艇 视线导引 航迹跟踪 稳定性分析

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AUV平面直线航迹跟踪控制算法 被引量：1

9

作者 叶梦佳 王宇轩 +3 位作者 王赟 赖周年 曹琳琳 吴大转 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期2127-2134,共8页

针对自主水下航行器(AUV)在平面直线航迹跟踪过程中的航迹超调问题,设计基于航向航速双闭环运动控制的航迹跟踪控制算法.跟踪算法以视线导引法(LOS)为基础,设计时变前视距离提高AUV的机动性,并以一阶惯性滤波抑制因航向切换产生期望航... 针对自主水下航行器(AUV)在平面直线航迹跟踪过程中的航迹超调问题,设计基于航向航速双闭环运动控制的航迹跟踪控制算法.跟踪算法以视线导引法(LOS)为基础,设计时变前视距离提高AUV的机动性,并以一阶惯性滤波抑制因航向切换产生期望航向角的阶跃变化.控制算法采用抗积分饱和PID控制及参数自适应,以增加算法的鲁棒性,并将航向航速控制设计成双闭环,使得AUV航行时期望航迹段终点的距离偏差实时调整期望航速.结果表明,此航迹跟踪控制算法根据距离偏差调节实时航速,可使AUV提前减速以低速转向,抗积分饱和可避免航速超调,参数自适应以适应多种航行工况.AUV能准确跟踪期望航迹,最大航迹偏差小于1.0 m,并且大角度转向时可有效减小航迹超调. 展开更多

关键词 自主水下航行器 航迹跟踪 视线导引法 抗饱和积分 双闭环控制

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基于干扰观测的欠驱动无人艇自适应航迹跟踪控制算法 被引量：2

10

作者 董蛟 刘忠 +2 位作者 张建强 陈霄 周德超 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2019年第7期1606-1616,共11页

研究了欠驱动无人艇在外界干扰条件下的航迹跟踪控制问题,提出了一种基于干扰估计与补偿的航迹跟踪控制算法,实现了风浪流干扰环境下航迹的精确跟踪。算法引入纵向误差作为状态变量对扩张干扰观测器进行设计,实时估计干扰的稳态分量,相... 研究了欠驱动无人艇在外界干扰条件下的航迹跟踪控制问题,提出了一种基于干扰估计与补偿的航迹跟踪控制算法,实现了风浪流干扰环境下航迹的精确跟踪。算法引入纵向误差作为状态变量对扩张干扰观测器进行设计,实时估计干扰的稳态分量,相比于传统的基于输出反馈干扰估计算法,其灵活性、可控性更高;同时基于纵向跟踪误差的状态估计误差,设计扩张干扰观测器变增益因子,相比于基于常增益观测器的航迹跟踪算法其能够在实现干扰补偿的前提下,有效减小航迹跟踪收敛段的震荡。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了级联控制系统与干扰观测系统在平衡点的半全局指数稳定性,通过仿真对比实验及分析证明了所提航迹跟踪算法的有效性和先进性。 展开更多

关键词 欠驱动 无人艇 变增益 扩张干扰观测器 变前视距离 积分视线导引 航迹跟踪

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模型预测控制算法在AUV中的应用 被引量：1

11

作者 宋寿山 徐德民 +1 位作者 潘峰 潘瑛 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2005年第S6期272-274,共3页

模型预测控制是一种工程实践方法,它采用滚动优化的策略,通过不断地在线优化计算,获得最优的控制效果。文中对模型预测控制理论在自主式水下航行器水平面航向控制中的应用进行了研究,用视线导引法产生参考航向角,通过遗传算法对其性能... 模型预测控制是一种工程实践方法,它采用滚动优化的策略,通过不断地在线优化计算,获得最优的控制效果。文中对模型预测控制理论在自主式水下航行器水平面航向控制中的应用进行了研究,用视线导引法产生参考航向角,通过遗传算法对其性能指标函数进行优化,通过计算机仿真显示出这种算法的可行性。 展开更多

关键词 模型预测控制 AUV 遗传算法 视线导引

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水下狭窄环境中ROV的自主返回控制 被引量：1

12

作者 昝英飞 邱天 +3 位作者 袁利毫 王会峰 黄福祥 阴炳钢 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2022年第4期744-751,共8页

为满足缆控水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)在水下狭窄环境中作业完毕后的顺利回收需求,研究仿真ROV的路径跟踪以及动力定位系统。基于非对称ROV构建数学模型,利用李雅普诺夫函数,采用反向递推和反馈线性化,设计了基于反步... 为满足缆控水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)在水下狭窄环境中作业完毕后的顺利回收需求,研究仿真ROV的路径跟踪以及动力定位系统。基于非对称ROV构建数学模型,利用李雅普诺夫函数,采用反向递推和反馈线性化,设计了基于反步法的自适应控制器。该控制器通过反馈线性化,将已知非线性参数转化成线性参数,不确定的非线性参数应用自适应控制律进行放宽。通过仿真对该控制器应用于ROV的可行性进行验证表明:基于反步自适应控制以及视线导引的算法,ROV在水下狭窄环境中路径跟踪效果良好,动力定位稳定,鲁棒性良好,能够很好地解决ROV模型的不确定性与非线性问题。该控制器为ROV在水下狭窄环境中的回收作业提供了很好的解决方案。 展开更多

关键词 缆控水下机器人 狭窄环境 路径跟踪 动力定位 数值仿真 李雅普诺夫函数 反步自适应 视线导引算法

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水下航行器航路点跟踪控制及其仿真

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作者 聂为彪 冯顺山 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期1838-1844,共7页

针对水下航行器在水平面内的航路点跟踪控制问题,建立了航行器的运动学和动力学模型.通过使用视线导引算法,设计了航行器的滑模控制器,同时综合应用Lyapunov方法证明了跟踪误差的全局渐近稳定性.在航行器航路点跟踪控制仿真研究中,指定... 针对水下航行器在水平面内的航路点跟踪控制问题,建立了航行器的运动学和动力学模型.通过使用视线导引算法,设计了航行器的滑模控制器,同时综合应用Lyapunov方法证明了跟踪误差的全局渐近稳定性.在航行器航路点跟踪控制仿真研究中,指定航行器依次通过预先设置的一系列航路点,仿真结果表明,所设计的控制律有效,航路点跟踪误差收敛,可以对未来水下航行器的控制系统设计提供有效的理论指导和技术支持. 展开更多

关键词 水下航行器 航路点跟踪 视线导引 滑模控制

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