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水面无人艇集群系统研究
引用本文:李贺, 王宁, 薛皓原. 水面无人艇领航—跟随固定时间编队控制[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(2): 111–118. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01755
作者姓名:李贺  王宁  薛皓原
作者单位:1.大连海事大学 船舶电气工程学院,辽宁 大连 116026
基金项目:辽宁省“兴辽英才计划”资助项目(XLYC1807013);辽宁省高等学校创新人才支持计划(LR2017024);大连市杰出青年科技人才支持计划(2016RJ10);水下机器人技术国防科技重点实验室稳定支持课题资助项目(SXJQR2018WDKT03)
摘    要:  目的  为解决复杂扰动下的领航—跟随水面无人艇(USV)编队控制问题,提出一种固定时间控制(FTC)方法。  方法  针对跟踪控制子系统,设计一种基于积分滑模的固定时间跟踪控制(IMS-FTC)策略;针对编队控制子系统,设计一种基于有限时间扰动观测器的固定时间编队控制(FDO-FFC)策略;基于 Lyapunov稳定性理论证明所设计的编队控制方法的整体稳定性。  结果  采用经典CyberShip II试验模型进行仿真研究,结果显示所设计的控制方案能够有效提高领航—跟随USV编队系统的精确性和鲁棒性。  结论  研究成果可为无人艇编队控制系统设计提供先进的技术手段。

关 键 词:水面无人艇  舰艇编队  固定时间编队控制  积分滑模控制  有限时间扰动观测器  领航—跟随
收稿时间:2019-09-03
修稿时间:2020-01-19

Research on unmanned surface vehicle cluster system
LI H, WANG N, XUE H Y. Leader-follower fixed-time formation control of unmanned surface vehicles[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(2): 111–118. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01755
Authors:LI He  WANG Ning  XUE Haoyuan
Affiliation:1.Marine Electrical Engineering College, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China
Abstract:  Objectives   To solve the formation control problem of leader-follower unmanned surface vehicles (USV) under complex environmental disturbances, a fixed-time control (FTC) approach is proposed in this paper.  Methods  Fixed-time tracking control based on the integral sliding mode (ISM-FTC) approach is designed for the tracking control subsystem, and a finite-time disturbance observer-based fixed-time formation control (FDO-FFC) approach is developed for the formation control subsystem. The overall feasibility of the designed methods is verified via the Lyapunov function.   Results  The simulation results of a prototype CyberShip II model indicate that the designed scheme can improve the accuracy and robustness of the leader-follower USV formation system.  Conclusions  The results of this study can provide advanced technical means for USV formation control systems.
Keywords:unmanned surface vehicle (USV)  ship formation  fixed-time formation control  integral sliding mode control  finite-time disturbance observer (FDO)  leader-follower
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