考虑运动模式的无人船航迹实时跟踪控制算法

因无人船航迹数据数量级较大,导致现有航迹跟踪算法的跟踪控制误差较大,难以满足现今航运业的需求。故设计了考虑运动模式的无人船航迹实时跟踪控制算法。首先定义无人船运动模式,并根据运动模式相关定义构建无人船航迹描述模型。以此为基础,依据运动模式将无人船轨迹划分为3个集合,提取相应运动模式下的轨迹特征属性,然后计算无人船航迹与期望航迹之间误差,再利用滑模控制器进行误差补偿,实现了无人船航迹的实时跟踪控制。实验结果显示:与现有算法相比较,本文算法横向位置误差降低了1.04 m,航向角误差降低了8.29°,舵角误差降低了8.86°,充分说明本文算法的控制性能更佳。     

水下航行器三维航迹反演滑模跟踪控制

本文提出一种自治水下航行器(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)三维轨迹跟踪控制算法。将AUV在三维空间的运动通过反演法和变结构滑模控制律设计出AUV航迹跟踪控制律,通过Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性。在同时考虑加入外界干扰的条件下,使其控制效果在3个坐标轴上都能够达到稳定并且有平滑连续的输出结果,对外界干扰有较好的抑制作用。仿真结果表明了所提控制律的有效性。     

船舶轨迹运动控制方法改进研究

分析了船舶轨迹控制的直接法和间接法的特点,提出综合航向控制与航迹控制,利用航向差与航迹角度差的变化,调整航向差与航迹角度的相互关系来控制舵角,达到消除航迹偏差的控制目的。通过实船试验,验证了此方法简单实用、控制精度高、灵活性强的特点,特别是在复杂条件下,此法避免了大量的力学分析和算法推演,只考虑各种因素对船舶的实际影响结果,控制效果明显。     

UUV走航CTD探测的航迹规划及控制方法研究

介绍了一种航迹规划与控制方法,使得无人水下航行器(UUV)能够使用CTD测量仪完成水下探测任务。详细介绍了所研究的UUV硬件系统体系结构,同时完成UUV水平面和垂直面的航迹规划,使其在满足UUV设计要求及CTD测量特性约束条件下能够完成水下探测任务。为了实现UUV在三维空间里较好的跟踪所规划的航迹,应用自抗扰控制(ADRC)技术,分别设计了自抗扰航向控制器和纵倾控制器。所研究的航迹规划与控制方法在UUV半实物试验中得以验证。     

微小型潜器空间运动建模与仿真(英文)

对自主式潜器空间运动进行精确建模和仿真对研究其操纵和控制特性有重要意义,本文以开发的"MAUV-Ⅱ"微小型潜器为对象,基于动量定理和动量矩定理建立了潜器空间运动的非线性数学模型,将潜器受力分解为各个模块并表达为矩阵形式.在运动非线性数学模型的基础上,结合虚拟现实技术建立了运动仿真系统,针对所研究潜器的特点,采用S面控制方法对此"MAUV-Ⅱ"水下运动的艏向控制和深度控制进行了仿真研究,同时进行了基于目标规划的长距离航行仿真试验.仿真结果反映了潜器具有较好的空间操纵性能,也验证了控制软件的可行性和可靠性.     

基于模糊控制的潜器悬停系统

潜器水下悬停是一个非线性过程,随潜器状态及航行环境的不同而有很大变化。简要论述了潜器水下悬停的概念及对潜器的意义,研究分析了潜器水下悬停运动的数学模型及干扰力数学模型,将模糊控制技术引入潜器水下悬停控制过程中,通过仿真与传统的控制方式比较证明模糊控制具有的控制优势。     

船舶导航轨迹识别中智能算法研究

以船舶导航作为研究对象,对船舶导航航行轨迹识别方法进行研究,给出一种智能航迹识别算法。在该算法中,首先通过聚类算法进行航迹图谱的挖掘,得到历史航迹图谱,然后根据航迹图谱,利用卡尔曼滤波方法对航迹异常行为进行识别与预测。实验结果表明,本文给出的船舶导航轨迹智能识别方法具有较好的识别效果。     

利用AIS数据挖掘生成船舶航迹点方法研究

由于船舶航行受海上环境的影响而产生航迹误差,为了准确控制船舶航行轨迹,提出利用AIS数据挖掘生成船舶航迹点方法研究。根据AIS数据挖掘算法,提取船舶航行轨迹点数据特征,利用船舶航行轨迹点数据库中航行线路设置信息与目标对象运动信息之间的相似性,挖掘出船舶航迹动力定位数据,将AIS数据挖掘算法映射到船舶海上航行领域中,提取出AIS船舶位置采集点,通过设定阈值得到船舶航行转向点,将所有转向点连接成线,初步生成船舶航行轨迹点,利用船舶轨迹点生成流程,实现船舶航行轨迹点的生成。实验结果表明,基于AIS数据挖掘的船舶轨迹点生成方法在精度和时间上,都可以准确控制船舶航行轨迹。     

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。     

基于航迹偏差角和航向差的自航模运动轨迹控制方法研究

针对水面自航模运动轨迹传统控制方法的缺点,提出用航迹偏差角代替航迹偏差、航向差代替偏航角速度为输入变量的模糊控制方法。通过实船试验,与传统控制方法相比,改进后的控制方法操控性更强、轨迹波动更小。     

载人潜器的综合控制与显示系统

介绍某型载人潜器的综合控制与显示系统。它实现了潜器的航向、深度的自动控制，并在ＣＲＴ上动态地、综合地显示各种条件下的运动信息。系统人机界面友好，非常适合于操作。     

潜器轴系校中计算研究

轴系校中计算是轴系设计中一项重要的计算，潜器由于其特殊性，轴系计算中需要考虑的问题与水面船舶有较大的不同，本文对潜器轴系校中计算的边界条件进行了论述，并对某型潜器的轴系进行了校中计算。     

先进的自主潜器技术

阐述了自主潜器在能量储存、水声通信、机器人技术、导航、水动力学以及潜器控制等技术方面的发展概况，在能量储存方面，重点论述电池技术、液相阴极半燃料电池技术的发展以及热力系统的发展，因为这些技术的发展可以提高自主潜器的续航力，论述了采用频率均衡技术的水声通信技术，该技术具有数据传输率高、出错率低且不同敷设光缆的特点，在机器人技术方面，阐明了自主潜器与周围环境之间的界面，以及机器人的指挥、控制和通信方面的问题，另外还重点论述了传统和非传统的导航技术，低速水动力控制采用适用的无线控制器，指控系统采用具有计划编制、计划重编和容错能力的智能控制器。     

用VB实现船舶运动航迹控制轨迹

用VisualBasic重新设计并改进了原用C语言实现的船舶航迹控制显示系统，该系统可实现船舶运动轨迹的空间图形显示，具有四种放大和缩小比例尺，能够通过数据库中设计的航线自动给出船舶运动轨迹，柯在参数窗口中任意更改航迹偏差带，操作方式等参数，采用PID控制算法进行了船舶航迹控制仿真，针对原系统图形换屏显示时船舶航迹有时位于屏幕一角及航迹偏差带有时宽窄不一致的问题，重新设计了换屏技术及采用了新的偏差带的画法，根据船舶运动计划航线决定船舶进入屏幕的点，保证了船舶位于屏幕中部，偏差带绘制采用了平行线的原因，保证了偏差带与航线保持平行。系统采用了墨卡找海图，改正了原系统中每一分纬度线之间长度一致的问题，实现了随纬度增高纬度线之间 的长度渐长，整个人有交互性强，界面美观等优点。     

潜器近水面运动建模和操纵控制技术综述

本文综述了潜器在近水面航行时运动控制的研究现状。通过搜集和分析国内外的相关文献,主要从航行环境(如波浪、水面等)及操纵控制方式、控制策略等方面对航行体的数学建模与仿真方法进行介绍和评述,最后指出了潜器近水面航行操纵控制的研究方向。     

基于PID的潜器悬停控制仿真研究

潜器水下悬停是指潜器在水下无航速时深度的保持和变动.这是一个非线性过程,随潜器状态及航行环境的不同而有很大变化.传统的控制方法缺乏自适应能力从而影响了控制效果.通过对潜器水下悬停运动的基本特征、实现条件及造成悬停深度不稳定等因素进行分析,建立潜器悬停运动数学模型及干扰力计算模型.并运用PID控制技术对潜器水下悬停运动的控制进行仿真研究,为潜器实现悬停提供技术支持和保障.     

神经网络应用于船舶航迹追踪

在远洋航海中,风、浪、流等环境因素对船舶会造成很大的影响,控制船舶的航迹,使得船舶按照预设的路线行进是非常重要。本文通过将神经网络控制应用船舶航迹控制设计中,研究船舶舵角、航向等误差因素影响,最后利用前进、横荡和首摇3个自由度的运动进行实验仿真,实验结果表明,利用神经网络算法能够迅速、准确进行船舶航迹跟踪。     

开发自主潜器控制软件工具

介绍由美国电子设备公司等开发的软件包的操作功能，目的是帮助设计人员对未来的自主潜器在勘察任务中的性能进行评估，其中包括对其高精度定位和速度及高度稳定性的评估。描述系统主要循环功能、AUV构造、环境、导航传感器和有关筛选器、执行使命航迹、制导及控制规则。对上述各条进行定义后，运用数字模拟来评估执行任务的效率，并以某些成功的AUV操纵设计为例说明软件包的功能。     

一种小型潜器模型参数估计方法与实验研究

潜器的位置控制性能对深海采矿取样过程有很大影响.本文针对小型潜器位置控制的需要,研究其动态模型参数辨识方法.以机械能守恒定理为基础,讨论了机械能增量在正交坐标下的分配量与外力作功的能量转换关系.利用这一关系与最小二乘法,以潜器纵向运动动态灰箱模型参数估计为例,建立了基于能量转换的潜器模型参数估计方程,并开展了实验研究.将海洋水下工程手册经验公式的计算结果与实验结果对比,验证了本方法的有效性.本方法物理意义明显,适用于作机械运动的线性与非线性系统辨识.     

复杂动态环境下船舶操纵系统避障自适应控制方法

为使船舶方向舵角与航向角之间物理夹角与航迹转向角数值变化趋势保持一致,实现船舶精准避障,提出复杂动态环境下的船舶操纵系统避障自适应控制方法。根据船舶避障过程,规划待通过的船体安全行进路线,完成复杂动态环境下的船舶操纵系统避障轨迹建模。建立船舶操纵运动方程式,根据运动坐标值的自适应转换原理,实现对船舶避障轨迹的精准控制。实验结果表明,自适应避障方法可将方向舵角和航向角的夹角与航迹转向角间的最大差值控制在10°以内,符合准确避障的船舶航行需求。