操縱性約束和外界干擾導致水面無人艇難以精確、穩(wěn)定跟蹤期望軌跡。論文通過改進視線法得到帶積分和微分項的制導律的控制器,同時加入預轉向控制、速度優(yōu)化控制,與視線制導相比顯得更加合理。針對河海大學自主研制的DW-uBoat水面無人艇,設計了軌跡跟蹤控制器并進行仿真試驗。試驗結果表明,基于改進視線法的控制器和PID的軌跡跟蹤控制器與視線法相比,在控制誤差、穩(wěn)定性和抗干擾性等方面性能均有提升,能快速收斂到目標軌跡。 

【文章來源】：中國造船. 2020,61(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

改進視線法

精確的數(shù)學模型，只要按照經(jīng)驗調整3個參數(shù)，即可到達較好的效果。除經(jīng)典的PID之外的算法都屬于智能控制，有些也在無人船上應用，但是還存在一些問題。因此一些學者把各種控制器與PID結合，形成模糊PID控制、PID滑模變結構控制等。PID控制器屬于線性控制器，只需要輸入偏差信號et便可得到輸出：21pidd()()()()ddttetutKetKettKt（2）式中，pK為偏差的比例系數(shù)，iK為偏差的積分系數(shù)，dK為偏差的微分系數(shù)�？刂破鞯妮斎胼敵鲞^程如圖2所示。圖2控制器輸入輸出框架圖圖3所示的是本文研究采用的一艘雙槳結構的多功能無人船DW-uBoat，雙槳布置在船體后部對稱軸的兩側，螺旋槳用伺服電機控制，數(shù)字伺服電機轉速能接受指令控制。圖3無人船DW-uBoat無人船運動可分解為前后向和轉向運動。因此分別設計前進和轉向控制器，然后整合到電機輸出中。無人船的前進控制稱為速度控制，速度控制PID的計算式如下：vpvpvdvv0()()()(()(1))tjPtKetKetKetet（3）式中，ve(t)為實際速度與目標速度的差值，ve(t1)為上一次計算時刻的差值，vP(t)為轉速控制的輸出值。F1FrMMdFd×控制對象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集期望值r(t)反饋e(t)×u(t)KpKi/sKds

140中國造船學術論文跟蹤過程中出現(xiàn)一些問題，效果不如上述兩種方法。視線法只有P項作用，導致其跟蹤軌跡不斷在路徑周圍左右震蕩，無法穩(wěn)定，在路徑轉向時還存在延遲而導致轉向滯后，連帶產(chǎn)生后續(xù)的震蕩。積分項作用主要消除靜差和給系統(tǒng)一定的緩沖，導致抗干擾的視線法（ILOS）在無洋流的路徑上使用效果欠佳，積分項消除了部分震蕩，使得路徑跟蹤相比于視線法（LOS）略好。圖11無洋流下路徑跟蹤圖12轉角處路徑跟蹤細節(jié)圖13路徑跟蹤偏差在有洋流的狀況下進行仿真，先假設洋流力和方向不隨時間變化。設定制導律中的前視距離l0.6m，目標線段切換半徑R3m，設置速度控制器PID參數(shù)設置為（12,1.2,4）、航向控制器PID參數(shù)設置為（6,0,8）。無人船初始坐標(x,y)(0,0)，初始方向角為0°，預設航速v1m/s。無人船對路徑線段P：（(-1,2)，(20,20)，(20,40)，(0,40)）進行跟蹤，使用4種制導律跟蹤的效果如圖14~圖16所示。LOSDLOSILOSIDLOS051015202530354045時間/s3210-1-2-3偏差/m0510152025東向距離/m45403530北向距離/m目標路徑LOSDLOSILOSIDLOS-50510152025東向距離/m454035302520151050北向距離/m目標路徑LOSDLOSILOSIDLOS

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3602848