欠驱动无人艇自适应滑模航迹跟踪控制

为便于航迹跟踪控制器设计和分析,引入坐标变换,建立典型的欠驱动无人艇数学模型;建立以航迹上自由点为原点的Serret-Frenet坐标系,实现对航迹跟踪误差变量的描述;通过将航迹参数的更新律作为一附加控制输入,实现了无人艇航迹跟踪控制系统由欠驱动向全驱动控制的转变,并利用改进视线导引算法实现了对无人艇位置的跟踪控制;考虑海流等外界扰动的影响,采用滑模自适应技术分别设计了无人艇航向和航速控制算法,实现了对航向角、纵向速度跟踪误差的镇定;基于李雅普诺夫理论和级联系统理论证明了航迹跟踪控制系统的一致半全局指数和一致全局渐进稳定性。仿真结果表明:所提出的控制算法可在一定程度上处理海流等外界扰动,跟踪效果良好,并且克服了角速度持续激励问题,能够同时实现对直线和曲线航迹的跟踪。     

欠驱动USV自主航行控制算法研究

为保证复杂海洋环境下欠驱动无人艇的安全航行控制,设计了一种具有航迹实时规划和动态跟踪能力的无人艇自主航行控制算法。首先,基于激光雷达的高精度环境探测能力,借鉴向量场直方图算法设计的基本原理提出了一种新的航迹实时规划算法;然后,基于无人艇三自由度运动学和动力学模型,利用视线法导引和输出反馈控制方法设计了航迹跟踪控制算法,并给出了系统的稳定性分析。理论分析和仿真实验结果证明:所设计的自主航行控制算法能够成功实现未知海洋环境下的安全航迹实时规划和航迹动态稳定跟踪功能。     

一种无人地面车的轨迹跟踪控制方法

针对无人地面车辆经典轨迹跟踪控制方法的不足,提出了一种基于无人地面车辆运动学模型的轨迹跟踪控制算法。在算法中引入了位姿的纵坐标误差,以加快跟踪的逼近速度,并利用人工驾驶的思想,采用了一种位一姿交替控制的方法,使路径跟踪既准确又快速。仿真结果表明：该方法是有效的,且可使无人地面车具有更好的跟踪性能。     

自主船非线性路径跟踪控制

针对非线性欠驱动自主船(Autonomous Surface Vehicle,ASV),提出了一种非线性路径跟踪控制方法.采用以自由参考点为原点的Serret-Frenet坐标系摧述路径跟踪误差及其动态模型,并选用非时间量为参考变量,摆脱了时间因素的影响;综合应用Lyapunov理论与Back stepping方法设计...     

单向拓扑下基于DMPC与改进APF的水面无人艇编队运动控制算法

多水面无人艇编队运动控制是多水面无人艇智能化的核心技术,也是当前研究的热点。重点讨论了编队部分成员无法获得编队平衡先验信息条件下的水面无人艇编队运动控制问题。首先,针对编队先验信息不平衡条件下无人艇编队保持困难的问题,将领航–跟随结构与分布式模型预测控制算法结合,通过设定通信优先级和单向拓扑结构,在分布式模型预测控制算法中引入假设状态空间和平衡状态空间,以实现部分跟随者无法获取编队平衡先验信息情况下的无人艇编队保持;其次,针对编队航行过程中障碍物规避安全性不足的问题,将改进的人工势场法与模型预测控制相结合,设计了无人艇自主避障控制器,提升了编队航行过程的安全性;最后,通过仿真平台对所提方案的可行性进行了验证。所提方法可以为进一步研究复杂环境下多水面无人艇编队运动控制提供参考。     

水面无人艇导航与控制系统设计与实现

无人艇用于海面环境监测、海难搜寻救助、通航秩序辅助管理、海洋权益保护等方面具有广阔的应用前景,尤其是对于沿海沿江复杂水域具有明显的战略发展意义。以现有无人或小型作业艇船体及动力设备为基础,研究无人艇遥操作系统,包括岸基或母船控制台、艇载设备驱动系统及网络数据交换等方面内容,通过上位机海图实现艇运动路径规划,同时利用岸基或母船雷达及AIS获取的艇周目标信息提供在线避碰决策支持,根据无人艇采集的地理位置、航向姿态、航速及舵角等远程反馈数据产生对艇遥控指令,驱动无人艇上的车舵系统,实现自由加减速、前进、转向与停车等操作。系统通过推理及仿真试验,表明控制基站与艇数据交换可靠,艇车舵系统能有效响应遥指令,数据链路还能支持艇体搭载远程任务模块。     

基于细菌避障策略的无人艇集群自主巡航方法

针对无人艇集群执行巡航任务中的避障问题,提出了一种动态避障算法。首先,获取无人艇周边水域的方形网格轨迹单元态势矩阵;然后,借鉴细菌游走觅食原理,在方形网格轨迹单元集合中,动态匹配最佳避障路径;最后,在动态避障基础上,将无人艇自主巡航过程划分为向目标行进、动态避障、返航补给等阶段,实现无人艇集群对划定水域的常态化巡航。仿真实验结果表明,所提方法对静态点、面障碍以及移动障碍均具有高效的规避能力,在算法基础上,能够实现无人艇集群的常态化无人值守巡航。该算法不仅适合无人艇的避障问题,在其他异构无人装备中也具有广阔的应用前景。     

弱通信条件下基于MPC与融合状态估计的多UUV编队控制方法

多无人水下航行器(UUV)编队控制在实际复杂海洋环境中面临着水声通信时延大、多中断和丢包等弱通信难题,如何提高其对通信的鲁棒性是重点研究方向之一。首先,建立了多UUV编队模型;其次,将多UUV编队航行分为有无参考路径两种状态,针对已知编队期望路径条件,将编队问题分解为路径跟踪与速度同步问题,设计了基于模型预测控制的路径跟踪控制和速度误差同步机制;再次,针对编队处于机动过程而缺乏参考路径的条件,提出了基于最小二乘的融合状态估计及其一致性编队控制方法;最后,在仿真环境最大队形误差0.6 m,验证了算法的有效性。与单积分器系统一致性编队控制算法对比分析表明,所提方法在队形控制精度、队形恢复时间以及编队的稳定性方面均具有一定优势,研究结果对多UUV编队应用具有重要的指导意义。     

通信时延下欠驱动自主水下航行器编队控制

研究了通讯时延情况下的欠驱动自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle)编队控制问题。考虑到水下通讯所面临困难,将编队问题分为两个部分：一部分为单个AUV的路径跟踪控制问题,保证每个AUV沿各自的期望路径航行;另一部分为路径参数的协同控制问题,保证每个AUV期望的路径参数能够实现同步,进而达到编队控制的目的。提出的控制方案仅需要AUV之间交互路径参数信息,通讯需求量小,满足实际工程需求且能够允许一定的通讯时间延迟。数值仿真结果验证了控制算法的有效性。     

基于干扰观测器的无人翼伞反步控制方法

针对干扰条件下的无人翼伞飞行器曲线路径跟踪控制,提出了一种基于非线性干扰观测器的可变增益反步控制方法。针对基于模拟对象方法的路径跟踪误差模型,设计了可变增益反步跟踪控制律,采用二阶跟踪-微分器设计干扰观测器对系统复合干扰进行估计和补偿,在保证稳定性的同时提高系统的鲁棒性。将控制器用于无人翼伞飞行器平面曲线路径跟踪控制中,仿真结果表明,所设计的控制器可以在复合干扰作用下实现期望路径的准确跟踪,且具有很好的鲁棒性。     

防务

正美军测试ACTUV反潜无人艇可作为无人货船进行商业航运美联社5月3日报道称,美军开始对ACTUV无人艇进行测试,测试这种无人作战艇能否在不依靠人力的情况下在海洋上航行,避开其他舰船或者障碍物。ACTUV是"反潜持续跟踪无人艇"的缩写(Anti-Submarine Warfare Continuous Trail Unmanned Vessel),美军研制它的目的是作为前沿传感器,对于对方潜艇进行持续的跟     

基于变结构导引律的UCAV自主轨迹控制

研究无人作战飞机的自主轨迹控制问题.在一定假设条件的基础上,推导出无人作战飞机的三自由度运动模型;将变结构控制理论运用于无人作战飞机的导引,推导出变结构导引律;在自主轨迹控制算法中,由变结构导引律根据期望轨迹点计算出状态的期望值,并将该期望值与由运动模型得到的状态实际值之间的误差来驱动控制,自主轨迹控制控制的过程就是这个误差收敛到零的过程;仿真结果表明该自主轨迹控制算法能够快速地使无人作战飞机达到预定的轨迹点,且控制过程中控制量的变化平稳,具有良好的效果.     

无人艇反潜新概念

<正>项目概况随着国外潜艇数量的持续增加以及性能的不断提升,美国海军面对的水下威胁逐渐增加,而目前在大洋深处和近海环境下,有效跟踪敌方先进潜艇是非常困难的,需要动用大量兵力。利用无人艇探测与跟踪敌方潜艇不仅可以减少人员伤亡,还可到达一般有人平台无法抵达的区域,并能在不补充能源的情况下长时间执行任务。基于此,美国对使用无人水面艇执行反潜任务产生了浓厚的兴趣。     

自组织模糊控制的自动泊车路径跟踪控制器

针对自动泊车路径跟踪控制非线性和时变性的特点,提出了基于自组织模糊控制的路径跟踪控制算法。依据车辆的运动学模型规划出一条基于正弦函数的泊车轨迹曲线,设计了具有学习机制的自组织模糊控制器进行泊车路径跟踪控制。仿真实验表明,自组织模糊控制器有效地解决了自动泊车的控制问题,该控制系统跟踪误差小,响应速度快,控制效果优于常规的非线性输入输出反馈线性化控制器。     

考虑浮绳联结的双无人船艇系统协同控制策略研究

针对青岛等海域浒苔泛滥成灾的问题,开展了由浮绳柔性连接两艘水面无人船艇构成的双无人船艇系统协同控制策略研究,通过双无人船艇系统清扫浒苔,并将其拖运至海岸.考虑系统中的无人船艇动力、浮绳力矩和水流产生的干扰力矩,建立了欠驱动无人船艇三自由度动力学模型,提出了基于距离的包含编队和跟踪两个模式的协同控制策略.双无人船艇系统作...     

量化和噪声约束条件下多Lagrange航行体编队的分布式跟踪控制

对量化和噪声约束条件下多Lagrange航行体编队的跟踪控制进行了研究,提出了一种右边不连续的非线性控制算法。同时,利用微分包含理论、图论以及矩阵理论,对控制器的稳定性进行了验证。研究结果表明:多Lagrange航行体编队可以在量化和噪声影响的有向通信图下,达到有误差界的跟踪。最后,运用三自由度的无人水下航行器进行数值仿真,证明了该控制算法的有效性。     

无人艇集结控制模型研究

为研究不同位置的无人艇在有限时间内集结的问题,首先将无人艇在有限时间内的集结控制问题转换成无人艇在替代变量反馈控制器下的全局有限时间同步问题,并构造了无人艇集结控制模型;然后,应用有限时间同步理论证明了无人艇集结(同步)的判据并推导了集结(同步)时间的估计表达式;最后,通过数值仿真对所得结果进行了验证,证明了该模型的有效性。     

无人艇航行安全控制系统设计与实现

针对自主式无人水面艇的航行安全问题,分析了无人艇海上自主航行中存在的主要安全隐患以及提高航行安全的技术手段;设计了无人艇航行安全控制系统的总体技术方案,首次提出基于"射线法"的无人艇航行安全控制算法,并实现了艇上完全自主和"人在回路"的基站被动安全控制两种安全保障措施,详细阐述了安全控制系统安控策略的执行流程,并利用MTLAB软件进行了仿真实验验证;在某型自主研制的无人水面艇上首次实现了航行安全控制系统的设计和安全控制试验。仿真和试验结果表明了该航行安全控制系统的有效性和可靠性。     

纯方位目标跟踪算法性能分析

本文对纯方位目标跟踪中的三种方位平差法进行了分析,讨论了方位误差和己艇运动要素误差对算法的解算误差的影响,进而显示了纯方位目标跟踪这一特殊估值问题中的目标运动参量和坐标系选择的重要性。此外,从分析结果中还能看出目标和己艇的运动几何态势对算法性能的影响。根据性能分析,本文还对三种算法进行了比较。     

基于路径参数一致性的多AUV协同路径跟踪控制

研究了基于路径参数一致性的多自主水下航行器(AUV)协同路径跟踪控制问题。采用Lyapunov理论设计单体AUV的路径跟踪控制器,通过前向速度和航向角控制,实现AUV路径跟踪误差的全局渐近。以描述曲线的路径参数变化率为附加控制变量,采用信息一致性理论,设计路径参数协同控制器,保证各AUV在沿期望路径运动的同时,路径参数达到同步,参数变化率趋于期望值,从而实现多AUV在空间和时间的协同。以路径参数作为AUV之间的交互信息,通讯需求量小,满足实际工程需求。数学仿真结果验证了控制算法的有效性。