基于混合遗传算法的无人船自动航向控制方法

本文针对无人船航向控制提出了基于模糊及遗传算法的控制策略。考虑无人船航向控制,以及无人船航向控制具有强非线性和不确定性,本文将智能策略和常规策略作为无人船航向的舵角控制作为主要控制框架。通过导引律计算期望的角度,并根据自主船的无人船航向控制动态模型进行分析。该模型考虑了舵和船舶推进系统的物理阈值,提出了一种适用于不同无人船航向控制的自适应控制算法,借助增益调度方法(GS),利用PID控制器和遗传算法(GA)对不同的操作点进行全流程的(GS-PID-GA)混合优化。通过真实数据比例缩小进行模型实验并与传统控制方法进行比较,验证了所提出的控制方法的有效性。     

水面无人艇自主跟踪系统设计

基于国内的研究主要集中在单艇作业的系统设计及控制算法上,为了使无人艇能够实现自主跟踪领航船,与领航船实现多艇协同作业的功能,从系统体系构架、控制流程等方面分别对控制系统进行设计。试验结果显示:设计的跟踪系统能够实现自主跟踪的功能。     

无人集群系统火力协同控制体系

针对未来无人系统在信息化作战条件发展需求,为解决无人集群体系化协同感知与火力打击等作战问题,研究提出多无人平台的火力协同控制体系结构、协同要素、协同指挥机制及任务模式,分析构建无人分散部署、分布协同、可快速重构的海上分布式火力协同控制体系,可为无人装备发展提供借鉴。     

基于滑模的欠驱动无人艇的包含控制问题研究

本文研究了具有多个动态领航船的欠驱动无人艇的包含控制问题。假设所有跟随船不知道领航船的控制输入,并且只有部分跟随船能够获得部分领航船的位置和速度。在此条件下,本文首先提出了一种基于虚拟领航船的包含控制方法。使用该方法可以将多无人艇的包含控制问题简化为虚拟领航船的包含控制问题和跟随船的目标跟踪问题。然后为虚拟领航船设计了相应的包含控制算法,并基于滑模控制理论为跟随船设计了目标跟踪算法。仿真结果验证了所提出的控制方法的有效性。     

无人船国际公约问题研究

在无人化的时代里,各种无人设备层出不穷,极大的改变了行业结构,降低了人员工作强度。无人船是传统的船舶行业迈向智能时代的必经之路。本文主要回顾了无人船行业的发展及预判将会遇到的国际公约问题,并对《国际海上人命安全公约》、《网络犯罪公约》这两个公约进行了研究,指出了无人船应继续遵守哪些公约条款,并针对无人船在遭受黑客海盗攻击的情况下,各相关方应在何种公约框架下协商处理。对无人船行业相关的国际公约问题研究提供了一些新的思路。     

Analysis of characteristics of foreign unmanned surface vehicle swarm combat application and proposed countermeasures北大核心CSCD

无人船(USV)集群作为未来海上军事运用的重要组成力量,是各国海上无人装备的重要发展方向。首先,通过梳理总结当前国外无人船集群发展战略规划与运用现状,对无人船集群作战关键技术进行归纳分析,从集群自组网通信、战场态势感知、集群协同任务分配等3个方面剖析无人船集群相关技术的研究进展;然后,对无人船集群在军事上运用的典型样式和主要效益进行分析及研判;最后,总结分析当前应对无人船集群的难点,并对无人船集群应对的技术发展予以展望。     

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...     

计算机远程遥控系统在无人船中的应用

以往使用的神经网络参考模型和Zigbee无线通信技术在无人船中应用时,受到无人船航行环境影响而导致无人船行驶位姿角度控制效果不佳的问题,提出计算机远程遥控系统在无人船中的应用研究。分析计算机远程遥控系统结构,在远程遥控器中设置蜂鸣器和语音播报器,根据发出的故障信号,提示异常情况。根据地面人员的操作指令,控制计算机远程遥控路由,解析指令包,由此控制计算机远程遥控命令帧。利用XOY坐标系作为基准,建立了无人船的运动学方程,通过该方程对无人船姿态进行控制,解决了无人船跟踪目标和自动避障等问题。由仿真实验结果可知,该方法在航向角度为60°和220°时,使用计算机远程遥控系统与标准值最为接近,具有良好控制效果。     

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。     

一种水面无人艇拖线阵自主收放系统设计

任务载荷的自主收放是无人船搭载任务载荷完成海洋探测任务的关键,本文设计一种无人船拖线阵自主收放系统,从总体设计、机械结构、液压驱动、自主控制等方面做全面阐述。海上试验证明,该收放系统能够在无人船海上机动时,安全可靠地实现大缆长变直径拖线阵的自主收放、存储、拖曳等功能,在无人干预下可自主实现拖线阵的可靠释放和回收,为我国无人船开展声学探测任务奠定了技术基础。     

基于非线性模型预测控制的无人船航迹跟踪控制方法

为了实现复杂场景下无人船（USV）的实时、高精度、抗干扰运动控制,以欠驱动双推进差速无人船作为研究对象,基于三自由度无人船水动力模型设计非线性模型预测航迹跟踪控制器（NMPC）,在考虑控制约束与状态约束的情况下,根据快速稳定航行的目标设计优化范式,引入多重打靶算法求解思想提升控制器求解速度;根据无人船航行时风、浪、流等环境干扰的特点,设计一种适用于复杂场景无人船控制的非线性干扰观测器（NDO）,根据干扰观测结果对控制模型进行在线补偿,并通过仿真试验,验证了所提控制算法的精确性、实时性和抗干扰能力。     

基于LOS导航算法的无人船路径跟踪控制

为了解决无人船路径跟踪控制问题,提出基于视距导航算法（LOS导航算法）和模糊PID控制的自适应无人船路径跟踪控制方法。首先根据LOS算法将路径跟踪问题转化为航向控制问题,之后通过模糊PID控制算法进行无人船的航向控制。通过仿真表明所提出的算法路径跟踪精度高,横向偏移量小,跟踪路径平滑,对无人船的路径跟踪控制有一定的参考价值。     

基于几何力学的水面无人艇艇群控制技术

本文介绍美国水面无人艇艇群技术发展现状提出水面无人艇艇群系统发展需求,分析基于几何力学的水面无人艇艇群控制总体架构与方法。该方法具有无坐标选取的奇异性、可利用对称性进行约化降维等优势,有效降低复杂刚体运动系统维度,解决了面向多节点、复杂不确定干扰环境的水面无人艇艇群的复杂非线性系统控制问题,对水面无人艇艇群协同控制技术研究和发展具有一定借鉴和参考意义。     

多领航者导引无人船集群的分布式时变队形控制

[目的]针对含有模型高度不确定性和未知海洋环境扰动的无人船集群,研究多领航者导引的欠驱动无人船(USV)集群的分布式时变队形控制问题。[方法]首先,在运动学层级,基于包含策略和路径操纵原理,设计时变队形分布式制导律;然后,在动力学层级,针对USV航行中存在的模型不确定性以及未知海洋环境扰动,设计基于扩张状态观测器(ESO)的前向速度和艏摇角速度控制律,减小模型不确定性和未知海洋环境扰动带来的影响;最后,进行级联系统稳定性分析和控制器有效性的仿真验证。[结果]研究表明,无人船集群采用的分布式时变编队闭环控制系统输入状态稳定,仿真结果证明了控制方法的有效性。[结论]所提出的控制器可以使无人船集群形成预定的时变编队队形,并跟踪多领航者形成的凸包。     

基于物联网技术的无人船水质检测系统开发

我国拥有数量众多的内河湖泊和面积广大的海域,为了有效的对这些水资源进行利用和保护,进行水域的定期水质检测非常有必要。本文针对这一问题设计了一种基于物联网技术的无人船水质检测系统,应用ZigBee无线通信作为无人船检测终端与控制中心的数据传输路径,重点介绍了该无人船水质检测系统的整体设计方案、水质数据采集模块和ZigBee通信的电路设计,有效地实现了水域内时效性较高、准确度较高的水质检测。     

水面无人船驱动电机远程控制系统设计与实现

针对智能航运时代背景下的船舶远程操纵与控制,本文设计一种面向水面无人船的驱动电机远程控制系统。系统以Arduino 2 560为中央控制器,涵盖中央控制模块、电机驱动模块、无线通信模块和岸基操控端。系统通过远程控制驱动电机,实现船舶前进、后退、左转、右转等运动状态的转换;通过GPRS实现无人船端与岸基操控端的无线通信。试验表明,本文设计的驱动电机远程控制系统操作方便,通信流流畅,运行稳定,能够用于无人船远程操纵和控制,为无人船的发展提供支持。     

航运应对无人船的策略研究

无人船已成为业界研究的热点,亟需研究无人船对航运产生的颠覆性影响。无人船具有减少安全事故和船员数量、增加货载、节能减排及降本增效的优势,但无人船对海事法规、船舶设计及营运格局、岸基高水平人员需求等提出了严峻挑战,分析了无人船的关键技术及应对策略,具有行业引领及推动作用。     

基于显式模型预测控制的无人船航迹控制方法研究

针对模型预测控制在线计算量大,难以满足无人船实际航行中的实时性要求的问题,提出了一种基于显式模型预测控制的航迹控制方法。首先利用视线制导算法（line of sight, LOS）,根据无人船当前位置和期望航迹信息,设计了无人船艏摇角的参考值,将无人船航迹控制简化为艏向控制;其次,将显式模型预测控制算法应用于无人船艏向控制问题中,该算法既保持了模型预测控制方法的优势,又提高了计算速度;最后通过仿真试验验证了所提出的方法可以显著提高无人船航迹控制的实时性。     

随浪状态下圆弧形太阳能板双体无人船破舱稳性研究

以一圆弧形太阳能板双体无人船为例,研究该类双体船在规则波中随浪状态下的破舱稳性。建立带水密箱式连接桥结构的双体无人船模型,对不同影响因素变化下双体无人船的破舱稳性进行分析,得出破舱稳性与影响因素之间的关系。研究结果表明:波陡增加,极限静倾角增大,无人船稳性恶化;波峰位于船舯附近时,无人船稳性较差;片体间距越大,破舱稳性越好,极限静倾角越小;艏部舱室破损后,无人船稳性恶化较严重。     

基于深度学习的无人船移动路径自动规划方法

无人船移动路径规划延时较长,容易出现多船碰撞危险,为此提出基于深度学习的无人船移动路径自动规划方法研究。选取深度学习中的U-net模型构建无人船环境,以此为基础,建立无人船移动路径自动规划模型,描述无人船移动路径自动规划问题,结合风险约束条件求解模型,即可获得最佳的无人船移动路径规划结果,从而实现无人船移动路径的自动规划。实验结果显示,无人船碰撞危险度参数较小,表明无人船碰撞危险度较低,充分证实了提出方法的可行性。