基于双体结构的无人测绘艇航向控制

发布时间：2022-01-28 01:06

　　无人艇在海洋测绘中的应用越来越广泛,而航向稳定性是实现其自主航行的重要基础。设计了一种双体结构的无人测绘艇,用于搭载测量设备并实现测绘功能。为了实现无人艇的航向控制,将RBF（radial basis function）神经网络与PID（proportion integration differentiation）算法相结合,利用RBF神经网络的自学习能力实现对PID控制器参数的整定。在仿真过程中,将RBF-PID自适应模型、单一PID模型以及作为对照组引入的BP-PID自适应模型分别仿真,并在同一时刻加入随机扰动,观察系统响应效果。结果表明,基于RBF-PID算法的无人艇航向控制器的超调量为零、稳态时间最短,同时能够及时有效地纠正随机扰动的影响,保障无人测绘艇的航向稳定性。 

【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(16)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

图1 双体结构无人测绘艇

PID控制技术是当前在工程领域中最广泛使用的反馈控制技术,由比例、积分和微分三部分单元组成[8-9]。比例、积分和微分这三个PID控制器的纠偏环节用于减小系统偏置,加快系统响应速度,PID自动控制器的原理如图6所示。从图2可以看出,偏差e(t)是输入值r(t)与输出值y(t)的差值。在PID模块中先对系统偏差e(t)进行比例、微分和积分运算,相加后得到PID控制器的输出u(t)。连续时间中PID算法控制律表达式为

图3、图4中的仿真曲线表示仅用PID算法控制无人艇运动时航向与双螺旋桨转速差值随时间的变化效果。设置输入航向为100°,并通过手动调节PID模块中的系数Kp=0.45、Ki=-0.000 3、Kd=0,使系统能够达到比较理想的效果。可以看出,单一的PID控制基本能够达到船舶航向控制的要求,但系统达到稳定时的调节时间较长,而且Kp、Ki、Kd的值也无法通过自学习达到最佳水平。因此考虑设计一种能够降低系统调节时间和超调量并能够自动更新各系数的控制方法。图4 PID控制双桨转速差变化

【参考文献】：
期刊论文
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[3]α-β滤波在无人测量艇航向导航中的研究[J]. 李小毛,王文涛,柯俊,张鑫,罗均.  仪器仪表学报. 2017(07)
[4]基于神经网络的船舶操纵运动建模研究（英文）[J]. 罗伟林,张志成.  Journal of Marine Science and Application. 2016(04)
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硕士论文
[1]搜救无人艇航速及航向控制研究[D]. 谭西都.浙江大学 2019
[2]基于单神经元的船舶航向保持自适应PID控制[D]. 赵垒.华南理工大学 2018
[3]基于改进RBF神经网络的PID控制[D]. 裴雪红.哈尔滨理工大学 2010



本文编号：3613406