欠驅(qū)動水面無人艇的路徑規(guī)劃及軌跡跟蹤控制研究
發(fā)布時間：2021-10-16 08:46
無人艇因其尺寸小、吃水淺和功能多樣等特點,被廣泛用在內(nèi)河和近海場景執(zhí)行無人任務,例如水質(zhì)采樣、島礁測繪等。本文以課題組的“精海8-b”無人艇為研究對象,對無人艇的路徑點跟蹤任務進行了研究。針對無人艇在急轉彎等極端場景存在的跟蹤誤差大、誤差收斂緩慢等問題,提出了基于LOS（Line-ofSight）制導與廣義預測控制（generalized predictive control,GPC）的路徑規(guī)劃方法和基于滑�？刂疲╯liding mode control,SMC）的軌跡跟蹤方法,并將兩種方法結合提出LOS-GPC-SMC控制策略,實現(xiàn)了無人艇的路徑點跟蹤控制。在此基礎上,開展了編隊控制研究,采用跟隨者獨立控制的方法,通過編隊控制運動學將編隊控制問題轉化為軌跡跟蹤問題,最終實現(xiàn)了領航者-跟隨者的編隊控制。本文的主要研究內(nèi)容如下:在無人艇運動建模方面,為了簡化控制難度,在考慮外界干擾的情況下,建立了只考慮船縱蕩、橫蕩和艏搖三個方向的運動的無人艇水動力模型。為了使后續(xù)生成的虛擬軌跡中包含船體的機動性能約束,建立了“精海8-b”無人艇的Nomoto模型。此外,因為“精海8-b”無人艇采用的是雙...
【文章來源】：上海大學上海市 211工程院校
【文章頁數(shù)】：90 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
“精海8-b”無人艇六自由度運動模型
的 Nomoto 模型生成虛擬軌跡即可。這里直接給出由團隊師兄通過辨識得出的“精海 8-b”無人艇的 Nomoto 一階線性模型參數(shù)： K=0.1555,T=0.2214 �？傻贸觥熬� 8-b”無人艇的 Nomoto 模型為： 0.2214r r 0.1555 (2-12) 2.2.3 “精海 8-b”無人艇的驅(qū)動力變換 “精海 8-b”無人艇是一艘小型電推無人艇，并且采用的是雙螺旋槳驅(qū)動，其推進系統(tǒng)表示為下圖:
上海大學碩士學位論文19較好的跟蹤效果[3][54]。LOS制導中通常需要選取三個點，以船舶中的制導為例，第一個點通常是路徑起始點，記為,kkkPxy，第二個點是船舶自身的坐標點，記為tttPx,y，第三個點通常是下一個路徑點，記為111,kkkPxy。船舶切入期望路徑的點選取為kP到k1P中間的一個點，記為intintintPx,y，常見的intP選取方式有三種：方法○1將下一個目標跟蹤點k1P作為船舶切入路徑點，即intk1PP；方法○2根據(jù)船舶距離期望軌跡的橫向誤差e與沿軌跡的縱向距離計算得出intP的位置，nL（L表示船長）。因為方法○1在跟蹤時容易出現(xiàn)較大的橫向誤差，方法○2在橫向距離較大時可能無法收斂到期望，所以常用的是方法○3，表示如下圖所示：圖3.1LOS制導示意圖圖3.1中kP與k1P為期望路徑點，兩者之間的連線通常被設計為期望路徑，圖中的e表示船對期望軌跡的橫向誤差。設定一個圓，將圓與kPk1P線段的交點處記為intP，圓的半徑為rnL（L表示船長），圓心為船體坐標系的原點,kkkPxy。圖中LOS為所求期望艏向角，船舶接下來只需要跟蹤LOS即可實現(xiàn)目標路徑點的跟蹤。要求出期望艏向角LOS，得先求出路徑點intintintPx,y的坐標：222intintttxxyyr(3-1)int1int1tkktkkyyyyxxxx(3-2)接下來可求得期望艏向角LOS：
【參考文獻】：
期刊論文
[1]水面無人艇路徑規(guī)劃研究綜述[J]. 陳華,張新宇,姜長鋒,徐國瑞. 世界海運. 2015(11)
[2]無人艇運動控制方法的回顧與展望[J]. 廖煜雷,張銘鈞,董早鵬,劉鵬. 中國造船. 2014(04)
[3]欠驅(qū)動船舶簡捷魯棒自適應路徑跟蹤控制[J]. 張國慶,張顯庫,關巍. 哈爾濱工程大學學報. 2014(09)
[4]風浪流干擾及參數(shù)不確定欠驅(qū)動船舶航跡跟蹤的滑模魯棒控制[J]. 朱齊丹,于瑞亭,夏桂華,劉志林. 控制理論與應用. 2012(07)
[5]欠驅(qū)動船舶直線航跡的滑�？刂品椒╗J]. 廖煜雷,萬磊. 應用科技. 2011(11)
[6]路徑規(guī)劃算法及其應用綜述[J]. 張廣林,胡小梅,柴劍飛,趙磊,俞濤. 現(xiàn)代機械. 2011(05)
[7]欠驅(qū)動無人艇軌跡跟蹤的滑�？刂品椒╗J]. 廖煜雷,莊佳園,李曄,龐永杰. 應用科學學報. 2011(04)
[8]欠驅(qū)動水面船舶運動控制研究綜述[J]. 郭晨,汪洋,孫富春,沈智鵬. 控制與決策. 2009(03)
[9]基于神經(jīng)網(wǎng)絡和粒子群算法的移動機器人路徑規(guī)劃[J]. 姜明洋,胡玉蘭. 沈陽理工大學學報. 2007(06)
[10]基于動態(tài)非線性滑動模態(tài)的欠驅(qū)動船舶直線航跡控制[J]. 卜仁祥,劉正江,胡江強. 清華大學學報(自然科學版). 2007(S2)
博士論文
[1]基于預測控制的無人船運動控制方法研究[D]. 柳晨光.武漢理工大學 2017
[2]無人艇操縱性與智能控制技術研究[D]. 吳恭興.哈爾濱工程大學 2011
[3]基于支持向量機方法的船舶操縱運動建模研究[D]. 羅偉林.上海交通大學 2009
[4]欠驅(qū)動水面船舶非線性反饋控制研究[D]. 卜仁祥.大連海事大學 2008
碩士論文
[1]基于A*算法的移動機器人路徑規(guī)劃[D]. 王淼弛.沈陽工業(yè)大學 2017
[2]基于改進粒子群算法的水下滑翔機路徑規(guī)劃研究[D]. 鄒靜.吉林大學 2017
[3]基于滑模的欠驅(qū)動水面船舶編隊控制[D]. 邱小璐.大連海事大學 2016
[4]無人艇運動模糊控制技術研究[D]. 董早鵬.哈爾濱工程大學 2013
[5]欠驅(qū)動水面無人艇的航跡跟蹤控制研究[D]. 胡云艷.哈爾濱工程大學 2011
[6]時滯不確定系統(tǒng)的變結構控制及抖振問題的研究[D]. 羅大徐.合肥工業(yè)大學 2007
本文編號：3439506
【文章來源】：上海大學上海市 211工程院校
【文章頁數(shù)】：90 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
“精海8-b”無人艇六自由度運動模型
的 Nomoto 模型生成虛擬軌跡即可。這里直接給出由團隊師兄通過辨識得出的“精海 8-b”無人艇的 Nomoto 一階線性模型參數(shù)： K=0.1555,T=0.2214 �？傻贸觥熬� 8-b”無人艇的 Nomoto 模型為： 0.2214r r 0.1555 (2-12) 2.2.3 “精海 8-b”無人艇的驅(qū)動力變換 “精海 8-b”無人艇是一艘小型電推無人艇，并且采用的是雙螺旋槳驅(qū)動，其推進系統(tǒng)表示為下圖:
上海大學碩士學位論文19較好的跟蹤效果[3][54]。LOS制導中通常需要選取三個點，以船舶中的制導為例，第一個點通常是路徑起始點，記為,kkkPxy，第二個點是船舶自身的坐標點，記為tttPx,y，第三個點通常是下一個路徑點，記為111,kkkPxy。船舶切入期望路徑的點選取為kP到k1P中間的一個點，記為intintintPx,y，常見的intP選取方式有三種：方法○1將下一個目標跟蹤點k1P作為船舶切入路徑點，即intk1PP；方法○2根據(jù)船舶距離期望軌跡的橫向誤差e與沿軌跡的縱向距離計算得出intP的位置，nL（L表示船長）。因為方法○1在跟蹤時容易出現(xiàn)較大的橫向誤差，方法○2在橫向距離較大時可能無法收斂到期望，所以常用的是方法○3，表示如下圖所示：圖3.1LOS制導示意圖圖3.1中kP與k1P為期望路徑點，兩者之間的連線通常被設計為期望路徑，圖中的e表示船對期望軌跡的橫向誤差。設定一個圓，將圓與kPk1P線段的交點處記為intP，圓的半徑為rnL（L表示船長），圓心為船體坐標系的原點,kkkPxy。圖中LOS為所求期望艏向角，船舶接下來只需要跟蹤LOS即可實現(xiàn)目標路徑點的跟蹤。要求出期望艏向角LOS，得先求出路徑點intintintPx,y的坐標：222intintttxxyyr(3-1)int1int1tkktkkyyyyxxxx(3-2)接下來可求得期望艏向角LOS：
【參考文獻】：
期刊論文
[1]水面無人艇路徑規(guī)劃研究綜述[J]. 陳華,張新宇,姜長鋒,徐國瑞. 世界海運. 2015(11)
[2]無人艇運動控制方法的回顧與展望[J]. 廖煜雷,張銘鈞,董早鵬,劉鵬. 中國造船. 2014(04)
[3]欠驅(qū)動船舶簡捷魯棒自適應路徑跟蹤控制[J]. 張國慶,張顯庫,關巍. 哈爾濱工程大學學報. 2014(09)
[4]風浪流干擾及參數(shù)不確定欠驅(qū)動船舶航跡跟蹤的滑模魯棒控制[J]. 朱齊丹,于瑞亭,夏桂華,劉志林. 控制理論與應用. 2012(07)
[5]欠驅(qū)動船舶直線航跡的滑�？刂品椒╗J]. 廖煜雷,萬磊. 應用科技. 2011(11)
[6]路徑規(guī)劃算法及其應用綜述[J]. 張廣林,胡小梅,柴劍飛,趙磊,俞濤. 現(xiàn)代機械. 2011(05)
[7]欠驅(qū)動無人艇軌跡跟蹤的滑�？刂品椒╗J]. 廖煜雷,莊佳園,李曄,龐永杰. 應用科學學報. 2011(04)
[8]欠驅(qū)動水面船舶運動控制研究綜述[J]. 郭晨,汪洋,孫富春,沈智鵬. 控制與決策. 2009(03)
[9]基于神經(jīng)網(wǎng)絡和粒子群算法的移動機器人路徑規(guī)劃[J]. 姜明洋,胡玉蘭. 沈陽理工大學學報. 2007(06)
[10]基于動態(tài)非線性滑動模態(tài)的欠驅(qū)動船舶直線航跡控制[J]. 卜仁祥,劉正江,胡江強. 清華大學學報(自然科學版). 2007(S2)
博士論文
[1]基于預測控制的無人船運動控制方法研究[D]. 柳晨光.武漢理工大學 2017
[2]無人艇操縱性與智能控制技術研究[D]. 吳恭興.哈爾濱工程大學 2011
[3]基于支持向量機方法的船舶操縱運動建模研究[D]. 羅偉林.上海交通大學 2009
[4]欠驅(qū)動水面船舶非線性反饋控制研究[D]. 卜仁祥.大連海事大學 2008
碩士論文
[1]基于A*算法的移動機器人路徑規(guī)劃[D]. 王淼弛.沈陽工業(yè)大學 2017
[2]基于改進粒子群算法的水下滑翔機路徑規(guī)劃研究[D]. 鄒靜.吉林大學 2017
[3]基于滑模的欠驅(qū)動水面船舶編隊控制[D]. 邱小璐.大連海事大學 2016
[4]無人艇運動模糊控制技術研究[D]. 董早鵬.哈爾濱工程大學 2013
[5]欠驅(qū)動水面無人艇的航跡跟蹤控制研究[D]. 胡云艷.哈爾濱工程大學 2011
[6]時滯不確定系統(tǒng)的變結構控制及抖振問題的研究[D]. 羅大徐.合肥工業(yè)大學 2007
本文編號：3439506
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