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基于反步滑模法的欠驱动双无人艇协同拖曳系统靠泊控制
1
作者 王成龙 郑翔 +2 位作者 王建华 吴恭兴 钱建华 《广东海洋大学学报》 北大核心 2025年第2期118-129,共12页
【目的】为解决干扰与模型不确定性影响下,欠驱动双无人艇协同拖曳无动力无人艇靠泊回收过程中的轨迹规划与跟踪控制问题,改进控制效率和跟踪精度,提出一种基于虚拟船引导的双无人艇协同拖曳靠泊方法。【方法】首先,通过虚拟船路径跟踪... 【目的】为解决干扰与模型不确定性影响下,欠驱动双无人艇协同拖曳无动力无人艇靠泊回收过程中的轨迹规划与跟踪控制问题,改进控制效率和跟踪精度,提出一种基于虚拟船引导的双无人艇协同拖曳靠泊方法。【方法】首先,通过虚拟船路径跟踪控制规划被拖船的期望轨迹及所需总拖曳力和力矩,并通过扩张状态观测器(ESO)补偿外部干扰和模型误差。其次,利用序列二次规划(SQP)方法求解两艘无人艇对被拖船的拖曳力和力矩的最优分配问题,并根据拖曳模型和几何关系得到两艘无人艇的平滑可行期望轨迹。最后,基于反步法和滑模控制,设计一种针对欠驱动拖曳无人艇的反步滑模轨迹跟踪控制器。针对位置和航向角子系统,利用反步法求解虚拟期望线速度和角速度,实现位姿跟踪;针对速度子系统,通过滑模控制器完成速度跟踪,从而实现两艘无人艇跟踪各自期望轨迹,拖曳被拖船完成靠泊。通过李雅普诺夫函数证明所设计的控制器能够在一定有界干扰条件下保证系统的全局渐近稳定。【结果与结论】仿真结果表明,在一定的干扰与模型不确定性下,通过双无人艇对规划轨迹的跟踪控制,被拖船以平均0.05 m和0.08°的位姿误差渐近收敛到期望泊位。相较于纵向反步控制与转向滑模控制方法,所提方法在控制效率上最高提升50%,平均距离误差降低44%,平均角度跟踪误差降低33%。双无人艇协同拖曳靠泊方法具有良好的有效性和鲁棒性,为无人艇拖曳控制研究提供了新的理论参考。 展开更多
关键词 欠驱动水面无人艇 辅助靠泊 协同拖曳 反步滑模控制 轨迹跟踪
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面向船舶微网的虚拟同步发电机并联运行功率分配控制策略
2
作者 祁星强 高迪驹 吴国栋 《上海海事大学学报》 北大核心 2025年第1期120-127,共8页
为解决虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)并联运行时,因线路阻抗的不同而造成无功功率难以精确分配的问题,提出一种下垂系数自适应调整的改进VSG控制策略。通过估计每台VSG设定的无功功率与实际输出无功功率的差值,进... 为解决虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)并联运行时,因线路阻抗的不同而造成无功功率难以精确分配的问题,提出一种下垂系数自适应调整的改进VSG控制策略。通过估计每台VSG设定的无功功率与实际输出无功功率的差值,进行下垂系数的自适应调整,从而实现各VSG输出的无功功率能够按照容量比进行精确分配。该策略无须测量线路阻抗,同时对VSG并联运行的功率分配参数设计方法进行探讨。仿真结果表明,与VSG控制策略相比,改进VSG控制策略可将最大负载功率时无功功率分配误差稳定值减小到1 V·A以下,系统环流稳定值减小到0.2 A以内。该改进策略在无功功率分配和系统环流减小方面具有更好的性能,能有效解决船舶微网中VSG并联运行时的无功功率分配问题。 展开更多
关键词 逆变器并联 虚拟同步发电机(VSG) 自适应下垂系数 功率分配
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基于PTE-LOS的自适应反步滑模欠驱动无人艇路径跟踪控制
3
作者 甘少楠 高迪驹 《广东海洋大学学报》 北大核心 2025年第1期142-150,共9页
【目的】解决在风、浪、流所引起的外部时变干扰下,欠驱动无人艇(USV)航行路径跟踪稳定性及精度不高等问题,提升路径跟踪精度及稳定性。【方法】基于改进的规定时间扩张状态观测器(Prescribed-time-extended-state-observer,PTE)和视线(... 【目的】解决在风、浪、流所引起的外部时变干扰下,欠驱动无人艇(USV)航行路径跟踪稳定性及精度不高等问题,提升路径跟踪精度及稳定性。【方法】基于改进的规定时间扩张状态观测器(Prescribed-time-extended-state-observer,PTE)和视线(Line-of-sight,LOS)制导的自适应反步滑模控制方法,消除USV的姿态偏差,并设计USV进行路径跟踪所需的期望速度及期望航向角。结合反步法和滑模控制,设计消抖函数,有效减少滑模控制普遍存在的抖振问题。此外,考虑到欠驱动USV输入受限,引入辅助系统,以解决输入饱和的挑战。【结果与结论】仿真实验表明,在控制输入有限的情况下,所提控制系统仍可快速收敛。与固定时间LOS制导(Fixed-time LOS,FT-LOS)方法、自适应积分LOS制导(AILOS)方法比较,本制导-控制方法在路径跟踪性能上表现更佳。具体而言,相比FT-LOS、AILOS制导方法,本方法横向误差分别减小1.60%、0.04%,纵向误差分别减小99.2%、99.4%,航向角误差分别减小71%、79%;而跟踪至期望速度的时间则分别提升39%、62%。本方案更为有效和优越。 展开更多
关键词 无人艇 PTE-LOS 反步法 滑模控制 路径跟踪 输入受限
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基于模型预测控制的电动船舶复合电源能量管理策略
4
作者 陈浩天 黄细霞 《上海海事大学学报》 北大核心 2025年第2期113-120,共8页
针对以电池为单一动力源的电动船舶无法适应复杂作业工况的问题,提出一种以锂电池为主电源、超级电容为辅助电源的复合电源系统结构和能量管理策略。建立复合电源电动船舶模型,制定基于模型预测控制的能量管理策略。利用径向基函数神经... 针对以电池为单一动力源的电动船舶无法适应复杂作业工况的问题,提出一种以锂电池为主电源、超级电容为辅助电源的复合电源系统结构和能量管理策略。建立复合电源电动船舶模型,制定基于模型预测控制的能量管理策略。利用径向基函数神经网络对未来功率需求进行预测;以复合电源系统能量损失最小为目标,采用动态规划算法在预测区间内对超级电容输出功率进行优化。基于MATLAB/Simulink平台对能量管理策略进行仿真。结果表明,基于模型预测控制的能量管理策略具有良好的实时性,并且其能量损失比基于规则的能量管理策略的低了14.57%。 展开更多
关键词 复合电源 能量管理 模型预测控制 神经网络
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水面垃圾清理机器人结构及自主控制研究综述 被引量:4
5
作者 盘姿君 王建华 +5 位作者 郑翔 田雨 田逸宁 张梦迪 王浩铸 车文博 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2024年第11期17-31,共15页
水面垃圾日益增多,传统清理方式在安全、效率和智能方面难以满足应用的需求,水面垃圾清理机器人应运而生,成为该领域的研究焦点。经过20多年的发展,水面垃圾清理机器人已从研究进入实际应用阶段,出现了很多结构类型,实现了从垃圾检测到... 水面垃圾日益增多,传统清理方式在安全、效率和智能方面难以满足应用的需求,水面垃圾清理机器人应运而生,成为该领域的研究焦点。经过20多年的发展,水面垃圾清理机器人已从研究进入实际应用阶段,出现了很多结构类型,实现了从垃圾检测到收集的全自主作业,积累了大量的文献,但目前还没有较全面的综述。梳理了相关研究文献,对水面垃圾清理机器人的结构进行了归类,总结了各类型的特点;分析了水面垃圾清理机器人自主控制系统的典型结构,探讨了其感知、决策和控制三大关键技术。最后,针对应用场景提出的挑战,对水面垃圾清理机器人的发展趋势进行了讨论,以期为水面垃圾清理机器人的进一步研究和应用提供参考。 展开更多
关键词 机器人 水面垃圾 收集机构 自主控制
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基于排放控制区的混合动力船舶能源管理策略 被引量:1
6
作者 金海天 陈坤华 +1 位作者 王宇澄 高迪驹 《广东海洋大学学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期127-133,共7页
【目的】针对全球日益增多的排放控制区(ECA)所导致船舶运行成本增加问题,提出一种考虑排放控制区的能源管理策略,旨在降低船舶运行成本的同时,也能满足实时性。【方法】基于强化学习和模型预测相结合的能源管理策略,使用不同时间尺度... 【目的】针对全球日益增多的排放控制区(ECA)所导致船舶运行成本增加问题,提出一种考虑排放控制区的能源管理策略,旨在降低船舶运行成本的同时,也能满足实时性。【方法】基于强化学习和模型预测相结合的能源管理策略,使用不同时间尺度、两阶段优化的方法,使得策略在长时间尺度优化下,也能满足实时性。在即将抵达ECA时,摒弃传统优化策略中降低柴油机输出功率的思路,提高柴油机输出功率,在完全满足船舶运行功率需求的情况下,额外为电池充电,从而提前为船舶在ECA内的航行做好能量储备,降低船舶在ECA内的运行成本。【结果与结论】仿真结果表明,相比于传统的模型预测控制(MPC)策略,在考虑排放控制区的背景下,所提出的策略将运行成本降低6.8%,同时平均计算时间比传统MPC策略缩短30%。因此,在未来ECA逐渐增多的情况下,所提出的策略将有效降低柴油-电池混合动力船舶的运行成本。 展开更多
关键词 船舶 能源管理 排放控制区 模型预测控制 强化学习 阶段优化
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基于神经网络滑模的欠驱动船舶路径跟踪与避障协同控制 被引量:1
7
作者 田宇 刘志全 高妍南 《广东海洋大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期144-152,共9页
【目的】针对存在模型不确定性和外界环境干扰的欠驱动船舶路径跟踪与避障问题,结合反演法与径向基函数(RBF)神经网络技术,提出一种神经网络滑模自适应控制律和改进的人工势场。【方法】首先根据误差方程设计辅助纵荡速度和艏摇角,然后... 【目的】针对存在模型不确定性和外界环境干扰的欠驱动船舶路径跟踪与避障问题,结合反演法与径向基函数(RBF)神经网络技术,提出一种神经网络滑模自适应控制律和改进的人工势场。【方法】首先根据误差方程设计辅助纵荡速度和艏摇角,然后分别对控制输入设计滑模面,并利用RBF神经网络逼近总未知项,设计控制律和自适应律。【结果与结论】Lyapunov稳定性分析证明闭环系统误差是一致最终有界的。对静态、动态障碍物分别改进人工势场,克服局部极小值问题以及未考虑船舶和障碍物的位置、相对速度关系问题。仿真对比结果表明,在海浪干扰下船舶路径跟踪误差收敛精度更高,且避障更安全。所提控制方法可改善路径跟踪与避障控制效果,验证了所提控制算法的有效性和鲁棒性。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 路径跟踪 避障 反演法 径向基函数神经网络 滑模 人工势场法
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基于地图分解AGV全局路径规划新方法
8
作者 汪行 黄细霞 梁董 《计算机应用研究》 北大核心 2025年第8期2355-2363,共9页
针对传统A^(*)算法在大型场景下AGV(automated guided vehicle)路径规划时遍历节点多、路径平滑性差和搜索时间长等问题,提出了三层结构的块搜索A^(*)(Blocks-A^(*))算法,并构建麦克纳姆轮AGV解决运动学约束问题。Blocks-A^(*)算法将地... 针对传统A^(*)算法在大型场景下AGV(automated guided vehicle)路径规划时遍历节点多、路径平滑性差和搜索时间长等问题,提出了三层结构的块搜索A^(*)(Blocks-A^(*))算法,并构建麦克纳姆轮AGV解决运动学约束问题。Blocks-A^(*)算法将地图分解为多个较大的区域(块),采用以块搜索代替节点搜索的方式。第一层,通过先验地图信息划分自由空间和限制空间,将自由空间分解成若干三角形,对三角形进行节点等效化并构建邻接矩阵;第二层,运用Blocks-A^(*)算法计算最优块通道,生成基于邻接三角形边界线中点的次优路径;第三层,根据不同场景应用线性规划或二次规划优化模型,生成最终的最优路径。实验结果表明,所提算法在大型场景下的遍历节点数明显减少,优化后的路径平滑度更符合AGV的运行要求,搜索效率得到显著提高,可专门应对大型场景下的路径规划问题。 展开更多
关键词 地图分解 A^(*)算法 麦克纳姆轮 路径优化 全局路径规划
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基于改进LOS导航算法的智能船舶自动靠泊控制研究 被引量:11
9
作者 陈志超 薛圻蒙 +1 位作者 罗凯 高迪驹 《中国航海》 CSCD 北大核心 2021年第2期126-133,共8页
针对智能船舶自动靠泊控制中航迹规划和轨迹跟踪的问题,提出一种基于改进视线导航(LOS)算法的自动靠泊方案。将LOS导航算法与线性自抗扰控制(LADRC)器结合,解决了靠泊过程中模型内部参数不确定性和外部时变扰动的问题。为了进一步解决... 针对智能船舶自动靠泊控制中航迹规划和轨迹跟踪的问题,提出一种基于改进视线导航(LOS)算法的自动靠泊方案。将LOS导航算法与线性自抗扰控制(LADRC)器结合,解决了靠泊过程中模型内部参数不确定性和外部时变扰动的问题。为了进一步解决自动靠泊转向过程中跟踪误差大的问题,在LOS算法中融合坐标补偿算法,改善了系统控制性能,加快了收敛速度。通过引入线性自抗扰控制器,增强了系统对外界时变扰动的抑制能力。仿真结果表明,LOS和坐标补偿融合算法具有良好的鲁棒性和显著的控制效果,为船舶自动靠泊控制提供了一种有效的技术手段。 展开更多
关键词 智能船舶 自动靠泊 视线导航 线性自抗扰控制 坐标补偿
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带漂角和输入饱和的水面船舶航向控制 被引量:4
10
作者 陆潇杨 刘志全 +1 位作者 高迪驹 褚建新 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2021年第2期194-202,共9页
[目的]为处理水面船舶航向控制过程中受到的非零漂角和输入饱和影响,提出一种基于反步法的航向控制方法。[方法]首先,利用相对速度求出实际漂角,再通过漂角对航向角误差进行修正;然后,采用一种预滤波方法减小航向改变时对航速变化的影响... [目的]为处理水面船舶航向控制过程中受到的非零漂角和输入饱和影响,提出一种基于反步法的航向控制方法。[方法]首先,利用相对速度求出实际漂角,再通过漂角对航向角误差进行修正;然后,采用一种预滤波方法减小航向改变时对航速变化的影响,同时引入双曲正切函数和Nussbaum函数逼近输入约束,结合自适应律对逼近误差和艏摇方向上的扰动进行估计;最后,借助指令滤波器简化反推过程,并通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。[结果]仿真结果表明,所提控制器有效减小了水面船舶的航向输出误差,且能始终保持较小的控制输入力矩。[结论]研究成果可为水面船舶航向控制设计提供参考。 展开更多
关键词 航向控制 反步法 漂角 输入约束
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一种基于磁传感器定位技术的滑坡监测方法 被引量:3
11
作者 卢鸿飞 高迪驹 +1 位作者 张松勇 渐开旺 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期1579-1584,共6页
滑坡监测是防范地质灾害的重要技术手段,针对滑坡深部位移监测问题,提出了一种基于磁传感器的滑坡位移监测方法。该方法以磁传感器姿态测量为基础,通过测量的三分量磁感应强度值解算出磁传感器的空间姿态,再根据姿态角计算出磁传感器的... 滑坡监测是防范地质灾害的重要技术手段,针对滑坡深部位移监测问题,提出了一种基于磁传感器的滑坡位移监测方法。该方法以磁传感器姿态测量为基础,通过测量的三分量磁感应强度值解算出磁传感器的空间姿态,再根据姿态角计算出磁传感器的水平位移,并通过实验验证了该方案的可行性。将磁传感器安装在无磁转台上按照预定的角度和旋转顺序依次旋转,取整数作为验证点将解算姿态角与实际姿态角进行对比,验证了该方法的姿态角精度和水平位移精度。最后,分析了该方法存在误差的原因。 展开更多
关键词 滑坡 位移监测 姿态测量 磁传感器
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基于神经网络的鲁棒自适应舵减摇控制 被引量:4
12
作者 朱云浩 刘志全 高迪驹 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2023年第3期86-93,103,共9页
[目的]针对存在系统未知非线性函数和外界随机扰动的欠驱动水面船舶舵减摇控制问题,提出一种基于多层循环神经网络的自适应非奇异快速终端滑模舵减摇控制器。[方法]首先,针对传统滑模控制中存在的奇异性和收敛性问题,引入非奇异快速终... [目的]针对存在系统未知非线性函数和外界随机扰动的欠驱动水面船舶舵减摇控制问题,提出一种基于多层循环神经网络的自适应非奇异快速终端滑模舵减摇控制器。[方法]首先,针对传统滑模控制中存在的奇异性和收敛性问题,引入非奇异快速终端滑模面,并在假设船舶模型已知的情况下设计滑模控制律;接着,对传统径向基神经网络进行改进,并利用改进后的神经网络去逼近系统未知非线性函数,以解决船舶航行时模型难以确立的问题,提高控制精度;然后,应用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性和有限时间收敛性,并推导出神经网络参数的自适应律;最后,对一艘多用途海军舰艇进行数值仿真分析。[结果]结果显示,当船舶处于航向保持工况时,所提出的控制器减摇率为50.41%,与非奇异快速终端滑模控制器相比提升了19.2%;当船舶处于变航向工况时,所提出的控制器减摇率为23.46%,与非奇异快速终端滑模控制器相比提升了12.59%。[结论]该方法可以为欠驱动船舶舵减摇控制设计提供参考。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 舵减摇 神经网络 非奇异快速终端滑模控制 有限时间收敛性
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基于FTESO和漂角补偿的船舶航向滑模控制 被引量:12
13
作者 储瑞婷 刘志全 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2022年第1期71-79,共9页
[目的]为提高水面欠驱动船舶的航向跟踪性能,减小航向误差,研究一种基于有限时间扩张状态观测器(FTESO)的船舶航向滑模控制方法。[方法]首先,采用预滤波器减小船舶转向时较大的航向变化率影响,利用扩张状态观测器对时变漂角进行估计,然... [目的]为提高水面欠驱动船舶的航向跟踪性能,减小航向误差,研究一种基于有限时间扩张状态观测器(FTESO)的船舶航向滑模控制方法。[方法]首先,采用预滤波器减小船舶转向时较大的航向变化率影响,利用扩张状态观测器对时变漂角进行估计,然后通过估计出的漂角及时修正航向误差。为简化控制器设计,艏摇方向上的外部扰动和内部不确定项由观测器同时估计,并在控制器设计中进行补偿。选取含积分项的滑模面,结合FTESO设计滑模控制律,并考虑输入饱和约束,最终通过李雅普诺夫理论证明控制系统的稳定性。[结果]仿真结果显示,所研究的控制方法使水面船舶能够在较短的时间内减小航向跟踪误差并收敛至0。[结论]研究成果可为水面船舶航向跟踪控制设计提供参考。 展开更多
关键词 航向控制 漂角 滑模控制 有限时间扩张状态观测器 输入饱和约束
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船舶轮缘推进装置驱动电机及控制方法研究进展 被引量:12
14
作者 杨植 严新平 +1 位作者 欧阳武 白洪芬 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第12期2949-2960,共12页
轮缘推进装置(RDT)是一种先进的电力直驱式船舶推进器,具有高功率密度、高机动性能、减振降噪和节能环保等显著优点。与应用在陆地上的电机系统相比,浸泡在水中工作的RDT驱动电机面临电机气隙大、性能受流场制约、难以安装位置传感器、... 轮缘推进装置(RDT)是一种先进的电力直驱式船舶推进器,具有高功率密度、高机动性能、减振降噪和节能环保等显著优点。与应用在陆地上的电机系统相比,浸泡在水中工作的RDT驱动电机面临电机气隙大、性能受流场制约、难以安装位置传感器、电机控制与航行控制关系复杂等难题。该文分析了RDT电机的工作特点,在此基础上详细阐述了RDT驱动电机类型、驱动电机的无位置传感器控制方法、RDT全回转控制方法以及多RDT的协同控制方法等方面的研究现状,指出尚待解决的问题和今后的研究方向。 展开更多
关键词 轮缘推进装置 电力推进 永磁电机 无位置传感器控制 航行控制
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基于UDE的船舶自动靠泊控制 被引量:2
15
作者 徐云亮 高迪驹 +1 位作者 殷非 刘志全 《上海海事大学学报》 北大核心 2023年第1期1-7,共7页
为解决船舶在外界扰动和模型不确定条件下自动靠泊控制精度降低的问题,基于不确定和扰动估计器(uncertainty and disturbance estimator,UDE),提出一种自适应反步控制方法。利用指令滤波器,抑制传统反步法虚拟控制求导产生的微分爆炸现... 为解决船舶在外界扰动和模型不确定条件下自动靠泊控制精度降低的问题,基于不确定和扰动估计器(uncertainty and disturbance estimator,UDE),提出一种自适应反步控制方法。利用指令滤波器,抑制传统反步法虚拟控制求导产生的微分爆炸现象。通过设计辅助系统,补偿指令滤波器误差,达到三自由度船舶自动靠泊控制的目的。通过Lyapunov理论证明UDE与控制器相结合的闭环系统的稳定性和信号的一致最终有界性。仿真实验表明,所设计的控制器能较准确地估计复杂扰动,并保证船舶到达期望的位置和艏向。 展开更多
关键词 自动靠泊 反步控制 不确定和扰动估计器(UDE) 外界扰动 模型不确定项
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基于模糊规则的鲁棒预测舵减摇控制 被引量:2
16
作者 秦毅峰 刘志全 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2023年第4期206-214,共9页
[目的]针对模型预测控制(MPC)中因权重值固定所导致的欠驱动船舶在舵减摇时对转向的响应较慢的问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器(FTESO)、模糊控制规则和鲁棒预测控制的舵减摇控制器设计方法。[方法]首先,建立固定航速欠驱动船... [目的]针对模型预测控制(MPC)中因权重值固定所导致的欠驱动船舶在舵减摇时对转向的响应较慢的问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器(FTESO)、模糊控制规则和鲁棒预测控制的舵减摇控制器设计方法。[方法]首先,建立固定航速欠驱动船舶线性模型用于控制器设计,FTESO用于观测船舶运动状态和外部扰动;然后,通过对船舶在航向保持和变航向的情况进行分析,设计这2种情况下的目标函数权重,并建立状态观测值与目标函数权重之间的模糊规则,随后采用鲁棒预测控制解决带约束的多目标协同控制问题;最后,以一艘多用途舰艇为例进行数值仿真分析。[结果]结果显示,在航向改变情况下,对比扰动补偿模型预测控制和扰动观测器强化模型预测控制,发现减摇效果分别提升了5.74%和0.8983%,对于30°的转向的响应时间分别减少了1.8和7.3 s,证明了所设计控制方法的闭环稳定性。[结论]研究表明,所提方法在欠驱动船舶减摇方面是有效的。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 舵减摇 有限时间状态观测器 鲁棒预测控制 模糊规则
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有限时间滤波反步滑模自适应舵减摇控制
17
作者 刘嘉昊 刘志全 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2023年第6期97-105,共9页
[目的]针对欠驱动船舶在未知海浪扰动下的舵减摇控制问题,设计一种基于有限时间收敛的滤波反步滑模自适应控制器。[方法]首先,针对常规反步法中微分爆炸问题,引入一阶滤波器,以避免对虚拟控制律的求导;然后,根据有限时间控制理论,通过... [目的]针对欠驱动船舶在未知海浪扰动下的舵减摇控制问题,设计一种基于有限时间收敛的滤波反步滑模自适应控制器。[方法]首先,针对常规反步法中微分爆炸问题,引入一阶滤波器,以避免对虚拟控制律的求导;然后,根据有限时间控制理论,通过滤波反步法与滑模自适应控制方法,设计有限时间收敛的舵减摇控制律;最后,通过李雅普诺夫稳定性理论,证明航向子系统和减摇子系统的稳定性。[结果]仿真结果表明,在不同海浪扰动下,所设计控制器使船舶能够在有限时间内追踪航向并实现减摇效果;与反步滑模控制相比,所设计控制器可改善船舶航向保持控制性能,减摇率提升了5%。[结论]所提方法可为欠驱动船舶舵减摇控制问题提供参考。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 舵减摇 滤波反步法 有限时间控制
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基于细菌觅食-改进蚁群优化算法的水面无人船路径规划 被引量:4
18
作者 毛寿祺 杨平 +1 位作者 高迪驹 刘志全 《控制工程》 CSCD 北大核心 2024年第4期608-616,共9页
为了解决水面无人船全局路径规划问题,提出了一种细菌觅食-改进蚁群优化算法(bacterial foraging-improved ant colony optimization algorithm,BF-IACOA)。相较于传统蚁群优化算法(ant colony optimization algorithm,ACOA),该算法在... 为了解决水面无人船全局路径规划问题,提出了一种细菌觅食-改进蚁群优化算法(bacterial foraging-improved ant colony optimization algorithm,BF-IACOA)。相较于传统蚁群优化算法(ant colony optimization algorithm,ACOA),该算法在路径搜索策略上考虑水面无人船航行需要尽可能减少转向次数和完全规避过大转向角的约束,引入转向角启发因子,综合求解转移概率;同时引入细菌觅食算法的繁殖操作和趋化操作,改进信息素浓度的更新方式,解决传统ACOA容易陷入局部最优解和收敛速度较慢的问题。仿真结果表明,相较于传统ACOA,BF-IACOA的全局搜索能力得到较大幅度的提升,并且收敛迭代次数减少超过30%;在实际水域环境模型下,BF-IACOA可以通过14次迭代为无人船规划出全局可行路径。 展开更多
关键词 水面无人船 改进蚁群优化算法 细菌觅食算法 全局路径规划 转向
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基于全景视觉的无人船水面障碍物检测方法 被引量:6
19
作者 周金涛 高迪驹 刘志全 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期113-121,共9页
无人船航行时水面障碍物检测因视角不足,导致漏检或误检,同时为满足无人船安全正常作业的需求,提出基于全景视觉的无人船水面障碍物目标检测方法。与传统的单目和双目视觉相比,全景视觉具有水平方向大视场监控的优点。基于多目全景视觉... 无人船航行时水面障碍物检测因视角不足,导致漏检或误检,同时为满足无人船安全正常作业的需求,提出基于全景视觉的无人船水面障碍物目标检测方法。与传统的单目和双目视觉相比,全景视觉具有水平方向大视场监控的优点。基于多目全景视觉系统获得待拼接图像,在加速稳健特征(SURF)算法的基础上进行图像配准,引入k维树来构建数据索引,实现搜索空间级分类并进行快速匹配。通过M估计样本一致算法对匹配点进行优化,剔除误匹配点。对于图像融合中重叠区域出现的拼接缝隙或重影问题,设计一种基于圆弧函数的加权融合算法。提出改进的水面障碍物目标检测模型DS-YOLOv5s,将拼接好的全景图像作为训练好的模型作为输入,从而检测目标障碍物。实验结果表明,改进后的SURF算法与SURF算法相比特征点的匹配正确率提高11.47个百分点,在匹配时间上比SURF、RANSAC算法缩短5.83 s,DS-YOLOv5s模型的mAP@0.5达到95.7%,检测速度为51帧/s,符合实时目标检测标准。 展开更多
关键词 全景视觉 图像拼接 无人船 改进YOLOv5 目标检测
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基于磁梯度张量的滑坡监测方法 被引量:2
20
作者 卢鸿飞 王宇澄 +2 位作者 高迪驹 张松勇 渐开旺 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第10期142-145,共4页
滑坡监测是滑坡防治的有效技术手段,针对钻孔测斜仪在滑坡深部发生大位移时失效的问题,提出一种基于磁梯度张量的滑坡监测方法。该方法以磁梯度张量理论为基础,使用了十字形阵列进行监测,通过测得的磁感应强度三分量得到轴心的梯度值,... 滑坡监测是滑坡防治的有效技术手段,针对钻孔测斜仪在滑坡深部发生大位移时失效的问题,提出一种基于磁梯度张量的滑坡监测方法。该方法以磁梯度张量理论为基础,使用了十字形阵列进行监测,通过测得的磁感应强度三分量得到轴心的梯度值,再根据反演计算出目标磁源的空间坐标,通过实验验证了该方法的可行性。在测量前将磁传感器阵列固定并计算偏离角,之后使永磁体按照矩形轨迹缓慢运动,并选取一定的测量点验证了该方法的精度,三轴平均绝对误差在0.1m以内,三轴最大误差在0.2m以内。最后分析了该方法存在误差的原因。 展开更多
关键词 滑坡 磁梯度张量 磁传感器 磁定位
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