操縱性約束和外界干擾導(dǎo)致水面無(wú)人艇難以精確、穩(wěn)定跟蹤期望軌跡。論文通過(guò)改進(jìn)視線法得到帶積分和微分項(xiàng)的制導(dǎo)律的控制器,同時(shí)加入預(yù)轉(zhuǎn)向控制、速度優(yōu)化控制,與視線制導(dǎo)相比顯得更加合理。針對(duì)河海大學(xué)自主研制的DW-uBoat水面無(wú)人艇,設(shè)計(jì)了軌跡跟蹤控制器并進(jìn)行仿真試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,基于改進(jìn)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(biāo)軌跡。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)造船. 2020,61(04)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

改進(jìn)視線法

精確的數(shù)學(xué)模型，只要按照經(jīng)驗(yàn)調(diào)整3個(gè)參數(shù)，即可到達(dá)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(wú)人船上應(yīng)用，但是還存在一些問(wèn)題。因此一些學(xué)者把各種控制器與PID結(jié)合，形成模糊PID控制、PID滑模變結(jié)構(gòu)控制等。PID控制器屬于線性控制器，只需要輸入偏差信號(hào)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^(guò)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(jié)構(gòu)的多功能無(wú)人船DW-uBoat，雙槳布置在船體后部對(duì)稱軸的兩側(cè)，螺旋槳用伺服電機(jī)控制，數(shù)字伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速能接受指令控制。圖3無(wú)人船DW-uBoat無(wú)人船運(yùn)動(dòng)可分解為前后向和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。因此分別設(shè)計(jì)前進(jìn)和轉(zhuǎn)向控制器，然后整合到電機(jī)輸出中。無(wú)人船的前進(jìn)控制稱為速度控制，速度控制PID的計(jì)算式如下：vpvpvdvv0()()()(()(1))tjPtKetKetKetet（3）式中，ve(t)為實(shí)際速度與目標(biāo)速度的差值，ve(t1)為上一次計(jì)算時(shí)刻的差值，vP(t)為轉(zhuǎn)速控制的輸出值。F1FrMMdFd×控制對(duì)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(guó)造船學(xué)術(shù)論文跟蹤過(guò)程中出現(xiàn)一些問(wèn)題，效果不如上述兩種方法。視線法只有P項(xiàng)作用，導(dǎo)致其跟蹤軌跡不斷在路徑周圍左右震蕩，無(wú)法穩(wěn)定，在路徑轉(zhuǎn)向時(shí)還存在延遲而導(dǎo)致轉(zhuǎn)向滯后，連帶產(chǎn)生后續(xù)的震蕩。積分項(xiàng)作用主要消除靜差和給系統(tǒng)一定的緩沖，導(dǎo)致抗干擾的視線法（ILOS）在無(wú)洋流的路徑上使用效果欠佳，積分項(xiàng)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(wú)洋流下路徑跟蹤圖12轉(zhuǎn)角處路徑跟蹤細(xì)節(jié)圖13路徑跟蹤偏差在有洋流的狀況下進(jìn)行仿真，先假設(shè)洋流力和方向不隨時(shí)間變化。設(shè)定制導(dǎo)律中的前視距離l0.6m，目標(biāo)線段切換半徑R3m，設(shè)置速度控制器PID參數(shù)設(shè)置為（12,1.2,4）、航向控制器PID參數(shù)設(shè)置為（6,0,8）。無(wú)人船初始坐標(biāo)(x,y)(0,0)，初始方向角為0°，預(yù)設(shè)航速v1m/s。無(wú)人船對(duì)路徑線段P：（(-1,2)，(20,20)，(20,40)，(0,40)）進(jìn)行跟蹤，使用4種制導(dǎo)律跟蹤的效果如圖14~圖16所示。LOSDLOSILOSIDLOS051015202530354045時(shí)間/s3210-1-2-3偏差/m0510152025東向距離/m45403530北向距離/m目標(biāo)路徑LOSDLOSILOSIDLOS-50510152025東向距離/m454035302520151050北向距離/m目標(biāo)路徑LOSDLOSILOSIDLOS

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3602848