欠驱动无人船路径跟踪控制研究
发布时间：2020-12-10 11:38
近年来,随着人工智能、新能源、新材料等高新技术的飞速发展,无人船作为一种具备自主航行和决策能力的智能平台正随着发展的浪潮方兴未艾,在应对气候及海洋环境变化、人员需求、国家安全等问题上扮演着极其重要的角色。从理论研究和实际应用的角度,就无人船控制领域的诸多课题,本文详细分析了路径跟踪控制的问题。由于海洋环境的复杂性,无人船动态存在明显的不确定性,且推进器同样存在物理约束特性,这些不确定非线性问题给无人船的路径跟踪控制带来了严峻的挑战。结合上述论点,本文开展了以下研究:首先,针对存在外界时变扰动和推进器输入饱和下的欠驱动无人船路径跟踪控制问题,应用积分视线制导方法、扰动观测器、辅助动态系统和跟踪微分器,设计了鲁棒自适应路径跟踪控制律。积分视线制导从运动学层次补偿外界环境中的风浪流对系统的影响,同时,引入扰动观测器为艏摇角速度和纵向速度姿态上的未知时变扰动提供精确的估计,利用辅助动态系统以解决输入饱和的问题。跟踪微分器的引入简化了中间函数导数的计算,使得控制律简明有效。其次,针对存在外界时变扰动和动态不确定下的欠驱动无人船路径跟踪控制问题,同样考虑输入饱和的问题,应用改进型积分视线制导方法和...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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【参考文献】：
期刊论文
[1]性能函数约束下的动力定位船轨迹跟踪控制[J]. 王元慧,王海滨,付明玉. 哈尔滨工程大学学报. 2019(10)
[2]一种统一的鲁棒自适应控制方法及近期自适应控制结果综述（英文）[J]. 温长云,周靖,王薇,黄江帅,樊慧津. 控制与决策. 2018(05)
[3]欠驱动船舶路径跟踪的强化学习迭代滑模控制[J]. 沈智鹏,代昌盛. 哈尔滨工程大学学报. 2017(05)
[4]模糊自适应PID控制算法在自航模运动控制中的应用[J]. 靳艾. 舰船科学技术. 2017(02)
[5]基于非对称模型的欠驱动USV路径跟踪控制[J]. 董早鹏,万磊,廖煜雷,李岳明,庄佳园. 中国造船. 2016(01)
[6]无人艇运动控制方法的回顾与展望[J]. 廖煜雷,张铭钧,董早鹏,刘鹏. 中国造船. 2014(04)
[7]外军无人水面艇发展现状与趋势[J]. 万接喜. 国防科技. 2014(05)
[8]基于高增益观测器的船舶动力定位系统的输出反馈控制[J]. 杜佳璐,杨杨,郭晨,李广强. 控制理论与应用. 2013(11)
[9]Global Robust and Adaptive Output Feedback Dynamic Positioning of Surface Ships[J]. Khac Duc Do. Journal of Marine Science and Application. 2011(03)
博士论文
[1]欠驱动无人船的路径跟踪与协同控制[D]. 刘陆.大连海事大学 2018
硕士论文
[1]具有预设性能的水面无人艇轨迹跟踪与编队控制研究[D]. 方冲.华南理工大学 2018
本文编号：2908631
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１船舶坐标系示意图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｍａｒｉｎｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｖｅｈｉｃｌｅ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??－－??
?欠驱动无人船路径跟踪控制研究???，?一一一－／－－：产?°??、参，一?／／??厂，’Ｖ＇．?／Ａ??ｗｌ?＾??０?０?．?期望路径??？?／??／??图３．２无人船路径跟踪制导不意图??Ｆｉｇ．?３．２?（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ?ｇｕｉｄａｎｃｅ?ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＵＳＶ?ｐａｔｈ?ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??在图３．２中，定义旋转角＆?（即为惯性坐标系到局部平行坐标系旋转所得欧拉角），??那么心＝ａｔａｎ２（乂（巧，＜（妁），其中＜＝屯（沒）／洲，乂?＝也（沒）／洲。据此，跟踪误差??可以表示为??＿＆］?＝?［Ｃ〇Ｋ〒［Ｘ－Ｘ肩］?（３．３）??－尺」Ｌｓｉｎ＾?ｃｏｓ＾ｐ?Ｊ?ｙｙ－ｙｄ＾）．??Ｒｔ｛ｙｐ）??式中，及（ｒｐ）?ｅ及９（２），切（２）?＝?■［／？丨及ｅ?Ｒ２ｘ２，／？正交且ｄｅｔ?ｉｆ?＝?ｌ｝为旋转矩阵。??对纵向误差ｘｆ求导得纵向误差动态方程??＝?ｃｏｓ?ｙｐ?（ｘ?－?ｘｄ?（０）０）?Ｙｐ?＋?ｓｉｎ?＾?－?ｙｄ?（０）０）?ｆｐ?（３．４）??将式（２．１）代入式（３．４）得??ｘｅ?＝?ｕｃｏｓ（ｉ＾－ｙｐ）－ｖ?ｓｉｎ（＾?－ｙｐ）－Ｕｐｐ?＋?ｙｊｐ?（３．５）??式中，Ｃ／＃是虚拟参考点的速度，可以视作镇定纵向误差的虚拟输入［６Ｑ］，且有??ｕｐｐ?＝?Ｎｘ＇！＋ｙ＇！?（３．６）??类似地，对横向误差＆求导得??ｙｅ＝－＾ｎｙｐ［ｘ－ｘｄ｛０）０）ｙｐ?＋?ｃｏｓｙｐ?［ｙ－ｙｄ（０）ｄ）ｙｐ?（３．７）??－１４?－??
?欠驱动无人船路径跟踪控制研究???於?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??Ｉ?一理想路径??３０?＿?－－饱和下的实际路径?？??Ｉ－实际路径??２５?－?＿??２０?－?－??１?ｚ??１５?－?？??１０?－?－??ｊ?＇?？??。／?Ｉ?ｉ?ｉ??｜?｜?ｉ??０?５?１０?１５?２０?２５?３０?３５??．?？，何??图３．３直线路径跟踪效果图??Ｆｉｇ．?３．３?Ｌｉｎｅ?ｐａｔｈ?ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ?ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ??１．５?ｉ?ｉ?ｉｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?，｜?４?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?—?ｉ＿?■?＿??１?一含饱和?一ｄｕ??？?无饱和?ｆ?２．?－－４??＂＞〇〇Ｌ?；??－Ｑ?５?Ｖ?Ｉ?ＩＩ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?｜?Ｉ?＾?２??０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００?０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００??１－５?ｉ?ｉ?■?■?＿■■．－■?２?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?■?ｉ?Ｉ?Ｉ?＂＇??＼?—含饱和?＾?ｍ??——星：Ｋ＾ＡｋＹ％Ｍｄ??〇ｌ?＾?■?＿?，?■．里盡?Ｉ?－４?．?＾?Ｖ?．．．．??０?１０?２０?３０?４０?．?５０?６０?７０?８０?９０?１００?０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００??＾Ｓ］?／［ｓ］??图３．４直线路径纵向和横向跟踪误差?图３．６扰动及其估计值??Ｆｉｇ．?３．４?Ｌｉｎｅ?ｐａ
【参考文献】：
期刊论文
[1]性能函数约束下的动力定位船轨迹跟踪控制[J]. 王元慧,王海滨,付明玉. 哈尔滨工程大学学报. 2019(10)
[2]一种统一的鲁棒自适应控制方法及近期自适应控制结果综述（英文）[J]. 温长云,周靖,王薇,黄江帅,樊慧津. 控制与决策. 2018(05)
[3]欠驱动船舶路径跟踪的强化学习迭代滑模控制[J]. 沈智鹏,代昌盛. 哈尔滨工程大学学报. 2017(05)
[4]模糊自适应PID控制算法在自航模运动控制中的应用[J]. 靳艾. 舰船科学技术. 2017(02)
[5]基于非对称模型的欠驱动USV路径跟踪控制[J]. 董早鹏,万磊,廖煜雷,李岳明,庄佳园. 中国造船. 2016(01)
[6]无人艇运动控制方法的回顾与展望[J]. 廖煜雷,张铭钧,董早鹏,刘鹏. 中国造船. 2014(04)
[7]外军无人水面艇发展现状与趋势[J]. 万接喜. 国防科技. 2014(05)
[8]基于高增益观测器的船舶动力定位系统的输出反馈控制[J]. 杜佳璐,杨杨,郭晨,李广强. 控制理论与应用. 2013(11)
[9]Global Robust and Adaptive Output Feedback Dynamic Positioning of Surface Ships[J]. Khac Duc Do. Journal of Marine Science and Application. 2011(03)
博士论文
[1]欠驱动无人船的路径跟踪与协同控制[D]. 刘陆.大连海事大学 2018
硕士论文
[1]具有预设性能的水面无人艇轨迹跟踪与编队控制研究[D]. 方冲.华南理工大学 2018
本文编号：2908631
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