未知扰动下的无人艇编队优化轨迹跟踪控制

[目的]针对水面无人艇（USV）编队轨迹跟踪中存在的未知扰动和队形变化问题,提出一种基于有限时间扰动观测器的最优反步控制（FDO-OBC）方法。[方法]首先,基于虚拟结构法,建立无人艇编队控制框架,并设计运动学和动力学编队控制器;其次,设计有限时间扰动观测器,实时估计补偿未知环境扰动;然后,针对编队队形变化的轨迹跟踪问题,提出基于最优反步控制的动态轨迹优化策略,利用扰动观测器信息来计算最优控制输入,实现无人艇编队轨迹跟踪的动态优化;最后,采用李雅普诺夫稳定性理论证明该编队控制方法的稳定性。[结果]仿真对比结果表明,FDO-OBC策略可有效提高无人艇编队系统的精确性和鲁棒性。[结论]对于面向扰动环境下的无人艇编队控制系统设计,FDO-OBC方法提供了一种新的技术手段。     

基于区块链的无人艇编队协同通信技术应用研究

以无人艇为研究对象,引入当下热点的区块链技术并结合无人艇编队协同攻防作战场景,对编队协同通信需求及现有的不足进行分析,提出一种基于区块链的无人艇编队协同通信技术。利用区块链技术去中心化、不可篡改、亦追溯等特点,建立一种无人艇编队跨任务链架构,并对无人艇协同作战中的身份认证、信息交互、指挥与决策等应用场景开展流程设计,提高了编队信息传输的可靠性和准确性,为未来实现大规模的无人战场自治提供借鉴和参考。     

基于模糊神经网络控制的水面无人艇建模与仿真

水面无人艇(USV)的控制是智能控制与船舶控制的一个重要研究方向.由于船舶运动的复杂性,自动航向控制是水面无人艇研究中的一个关键问题,传统控制方法很难取得好的控制效果.本文对模糊逻辑和神经网络智能控制方法及其在船舶航向控制的运用进行了研究.选取滑行艇作为无人艇艇体,采用喷水推进装置,利用模糊神经网络对艇体的航向进行控制,利用Matlab软件对水面无人艇进行建模,对3种海况干扰无人艇的情况进行实时仿真,仿真结果基本令人满意.     

多无人艇集群协同控制研究进展与未来趋势

当前,海洋航行器呈现智能化、网络化、集群化等重要发展趋势,多无人艇通过协同实现集群化作业,是未来海洋作业的主要形式之一.从无人艇运动数学模型出发,分析了多无人艇集群控制所面临的问题和挑战,根据多无人艇运动不同的场景,从轨迹导引、路径导引、目标导引3个方面综述了多无人艇集群协同控制的研究进展.最后,对多无人艇协同控制的研...     

基于鲁棒控制器的水面智能高速无人艇控制技术

由于船体速度和负载的改变将导致模型中的参数发生扰动,海风、海浪、海流等因素也会对模型产生干扰。参数摄动、外部扰动以及模型的误差导致了水面智能高速无人艇控制的不稳定性。船舶数学建模中存在的各种不确定因素,对船舶操纵系统的鲁棒性能产生很大影响。本文通过建立无人艇的数学模型,利用鲁棒控制系统对模型的各项参数进行重点分析与优化,进一步提高整个无人艇控制系统稳定性。     

一种无人艇路径跟踪控制器的设计与验证

针对无人艇的路径跟踪控制问题,基于内模控制和L1制导算法设计并实现无人艇路径跟踪控制器。通过对状态空间型船舶线性数学模型进行在线参数辨识,实现对无人艇操纵响应模型参数的在线估计;基于内模控制和无人艇操纵响应模型,设计并实现无人艇的艏摇角速度控制器;采用L1制导算法设计并实现无人艇的路径跟踪控制器。实船试验结果表明,该路径跟踪控制器能较好地实现无人艇对参考路径的跟踪。     

多无人艇的航迹分散控制算法

传统多无人艇航迹控制算法有效控制范围较小。对此,设计多无人艇的航迹分散控制算法。对无人艇航迹参数进行坐标定位,建立航行轨迹方程,获取无人艇漂角等参数坐标,利用无人艇初始位置和航向漂角等信息,生成无人艇期望航向角,明确无人艇控制航迹,提出船舶PID控制规律算法和辅助性指标TTAR算法,解决多无人艇期望航向角重合问题,实现多无人艇航迹分散控制。实验数据表明,设计的无人艇轨迹分散控制算法无人艇控制绝对有效控制范围扩大27%,次级控制范围扩大19.5%。具有实际应用优势。     

水面无人艇编队雷达电磁环境预测方法

水面无人艇编队自主式协同联合作战是未来海军作战的主流趋势和新型样式。无人艇编队中用于电子战、通信、导航、警戒、态势感知的传感器种类和数量急剧增多,射频集成度也越来越高,迫使水面无人艇雷达电磁环境与单艘艇相比复杂度更高。本文提出一种水面无人艇雷达电磁环境新型预测方法,构建雷达电磁环境综合场强及其功率密度、主波束辐照叠加空间的数学模型,并设计开发了水面无人艇雷达电磁环境综合场预测计算程序。研究结果表明,水面无人艇编队雷达电磁环境综合场功率密度随着天线辐射功率、增益、无人艇数量的增加而增大,随着艇间距的增大而减小。     

基于GD-FNN和参考模型的无人艇航向鲁棒自适应控制

为使无人艇在复杂环境干扰下能按希望要求改变航向,本文设计了一种基于广义动态模糊神经网络和参考模型的鲁棒自适应控制器.首先针对因环境干扰产生的不确定干扰项基于广义动态模糊神经网络建立了无人艇运动控制的逆动态模型,设计了模糊神经网络的自适应率以进一步调整神经网络权值,并结合无人艇运动控制模型的参考模型设计了无人艇航向鲁棒自适应控制器,然后通过Lyapunov稳定性理论,证明了基于该控制器的无人艇航向控制系统的稳定性,最后采用半物理仿真实验验证了该控制方法的有效性和准确性.     

水面无人艇自主航线偏航路径跟踪控制方法

针对当前水面无人艇自主航线偏航路径跟踪控制方法,未考虑水面无人艇在运行过程中受到的干扰,导致控制精度低和控制时间长的问题,提出水面无人艇自主航线偏航路径跟踪控制方法。构建水面无人艇的干扰模型,分析水面无人艇在运行过程中受到的海风干扰、海流干扰和海浪干扰,建立水面无人艇自主航线偏航路径跟踪控制模型,完成航线偏航路径的跟踪控制。实验结果表明,所提方法的水面无人艇自主航线偏航路径跟踪控制精度较高,能够有效缩短控制时间。     

基于扩张状态观测器的双桨推进无人艇抗干扰目标跟踪控制

[目的]针对无人艇(USV)的模型不确定性和未知海洋环境扰动,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的双桨推进无人艇抗干扰目标跟踪控制算法.[方法]在运动学层级,设计基于平行接近制导原理的目标跟踪制导律;在动力学层级,针对模型不确定性和未知环境扰动,设计基于ESO的纵荡速度和艏摇角速度自抗扰控制律,以减小模型不确定性和环...     

基于机器学习的实海域无人艇避碰算法智能演进方法

[目的]无人艇(USV)效能是指在给定时间内的特定海域完成指定任务的能力,是多层次多技术节点耦合作用的结果,而针对单一技术节点的传统优化方法,对无人艇效能的提升效果有限.[方法]针对无人艇自主系统的特点,从智能算法的角度,提出无人艇智能演进的2种主要形式:一是算法函数;二是算法参数.在此基础上,给出基于机器学习的无人艇...     

液舱导移自动控制系统调节船体平衡方法研究

本文目的是通过液舱导移的方式实现船体平衡被破坏后的再平衡.本文利用船体结构有限元分析中的自动调整方法建立船体平衡模型.在选定液舱导移方案后,根据舰船静力学相关知识进行船体平衡的理论分析和计算,推导出液舱导移过程中参数之间的关系,并根据这些参数关系以及单容水箱液位控制模型,以LabVIEW为平台进行液舱导移和整个船体平衡调节过程的仿真.通过计算机仿真和物理实验说明,在一定条件下,通过液舱导移的方式可实现船体平衡被破坏后的再平衡.     

基于ESO和动态逆的欠驱动船舶航迹跟踪控制设计

针对欠驱动船舶航迹跟踪控制问题,考虑船舶动态不确定性、未知时变外部扰动和速度不可测的情况,将输出重定义方法、扩张状态观测器(extended state observer, ESO)和动态逆控制方法相结合,设计欠驱动船舶航迹跟踪控制律。输出重定义方法用来解决系统欠驱动问题;构造ESO,估计由船舶动态不确定性、未知时变外部扰动以及船舶各自由度运动状态变量间的耦合构成的总扰动和船舶速度;基于上述,采用动态逆控制方法,设计航迹跟踪控制律,使欠驱动船舶跟踪期望航迹,并保证航迹跟踪闭环控制系统所有信号最终一致有界。以一艘欠驱动船舶为例进行仿真研究,仿真结果验证了所设计的航迹跟踪控制律的有效性和优越性。     

基于新型滑动模态和观测器的船舶自动舵设计

设计一种新型准滑动模态船舶自适应自动舵,该自动舵可以克服模型参数未知和外界扰动,具有较强鲁棒性。为克服滑模面切换带来的抖振,在指数趋近律的基础上,提出一种新型的双曲正弦函数的指数趋近律,使轨迹的运动速度与轨迹和滑模面的距离相关联,实现自适应调节,使切换平缓;同时利用状态观测器对船舶模型参数及外界干扰进行观测,从而实现有效补偿;最后借鉴Backstepping方法设计船舶航向滑模控制器。通过对一具体船舶航向控制器的仿真,验证了上述方法的有效性。     

一种动态分布式舰船电磁频谱管理系统的探讨

为适应舰船编队联合作战分布性、动态性的新需求,本文引入多智能体(Multi-Agent)理论,建立了一种动态分布式舰船电磁频谱管理系统原型。该系统通过分布在各舰的数据采集智能体、控制智能体、分析专家智能体和决策智能体的相互协作,共同完成编队频谱管理决策和控制。设立旗舰专家决策智能体群,实现舰船编队电磁频谱的集中控制与分级管理。舰船间的通信由请求/命令智能体通过无线网络移动传输,网络占用率低,保密性强。     

基于空燃比的船舶柴油机碳排放计算方法研究

根据船舶柴油机燃烧产物组分和C、H、O原子守恒规律,首次在空燃比计算模型中直接使用干气体浓度进行计算,并提供了湿气体浓度的修正公式,从而建立排气质量流量计算模型计算碳排放。通过计算与MARPOL公约附则VI修正案(2011)中的简单碳平衡法作了比较分析。最后通过实验验证该计算模型的正确性。因此该计算模型对法规的完善、船舶设计能效管理和船舶营运排放控制有较大的指导意义。     

护航运输队对空防御中舰艇重要性排序研究

应用模糊数学的方法建立了护航运输队舰艇目标重要程度排序模型,通过仿真计算,验证了此方法得出的结果与实际情况相一致,充分说明了模型的可行性.     

船舶尾部模态数值计算与测试

为了提高船舶尾部模态计算的精度,文章提出了一种尾部详细结构与船体骨架结合的简化有限元模型,应用该模型对某全回转推进船舶尾部模态进行了计算,并将其结果与另外两种传统简化模型（即尾部三维模型与尾部+一维梁混合模型）的计算结果进行了比较。研究发现改进模型与传统模型在尾部局部模态计算中没有明显差别,但对整体模态而言其差异随频率增大而增大。为了进一步验证模型的有效性,在航行过程中对该船舶振动情况进行了测试,并利用运行模态分析法识别尾部整体模态。通过识别结果与计算结果的比较可见,三种模型在基频（1阶弯曲）计算时误差均很小,但是在高阶固有频率计算中改进的模型误差明显小于另两种模型。