為實(shí)現(xiàn)無(wú)人船的航向自主跟蹤功能,考慮隨機(jī)性環(huán)境擾動(dòng)對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)的影響,提出一種融合卡爾曼濾波器的自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)航向分?jǐn)?shù)階控制方法。對(duì)無(wú)人船的航向跟蹤控制系統(tǒng)和外部環(huán)境干擾進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,設(shè)計(jì)該模型下的擴(kuò)展卡爾曼濾波器,避免環(huán)境因素對(duì)船舶操縱性能的影響,基于分?jǐn)?shù)階微積分理論設(shè)計(jì)無(wú)人船航向控制的分?jǐn)?shù)階控制器,給出一種徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法,用于解決該控制器的參數(shù)整定問(wèn)題。對(duì)所提方法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法能使無(wú)人船快速穩(wěn)定地跟蹤期望參考航向,具有良好的自適應(yīng)性和魯棒性。 

【文章來(lái)源】：計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì). 2020,41(08)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

RBF網(wǎng)絡(luò)整定控制器參數(shù)原理框架

仿真實(shí)驗(yàn)1：無(wú)環(huán)境擾動(dòng)下，系統(tǒng)（1）和系統(tǒng)（4）的仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)（1）即式（1）所示的連續(xù)型USV航向跟蹤控制系統(tǒng)，系統(tǒng)（4）即該連續(xù)型系統(tǒng)經(jīng)離散化后所得的離散型控制系統(tǒng)，如式（4）所示。在常規(guī)PID控制器作用下，分別取控制器參數(shù)為：kp=4,ki=1,kd=3，設(shè)置實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的期望參考航向以40s為周期做±10°的交替變換，在100s內(nèi)得到兩個(gè)系統(tǒng)的航向控制響應(yīng)曲線如圖2所示。由圖2可知，在被控對(duì)象、實(shí)驗(yàn)背景和控制方式相同的情況下，離散型USV航向跟蹤控制系統(tǒng)和連續(xù)型USV航向跟蹤控制系統(tǒng)的航向響應(yīng)曲線除超調(diào)量有少量不同以外，其上升時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間基本一致，且兩條航向響應(yīng)曲線的走向總體相同，說(shuō)明了本文對(duì)連續(xù)型USV航向跟蹤控制系統(tǒng)（1）所采用的近似離散化方法有效可行。

仿真實(shí)驗(yàn)2：無(wú)環(huán)境擾動(dòng)下，常規(guī)PID控制器、模糊PID控制器、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器和本文方法的仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)。分別取各控制器的初始參數(shù)值為：kp=4,ki=1,kd=3，λ=1，μ=1，設(shè)置實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的期望參考航向以40s為周期做±10°的交替變換，在60s內(nèi)得到離散系統(tǒng)（4）的航向控制響應(yīng)曲線如圖3所示。根據(jù)圖3可以發(fā)現(xiàn)，模糊PID控制器和常規(guī)PID控制器的控制結(jié)果較不理想，主要體現(xiàn)在調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，超調(diào)量較大；而比較之下的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器和本文方法基本做到無(wú)靜差調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)速度快而且精度高。同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)在所比較的4種方法中，本文所設(shè)計(jì)的控制方法具有最快的調(diào)節(jié)速度和更好的控制品質(zhì)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]欠驅(qū)動(dòng)無(wú)人艇自適應(yīng)滑模航跡跟蹤控制[J]. 陳霄,周德超,劉忠,張建強(qiáng),王瀲.  國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(03)
[2]基于模糊控制的擴(kuò)展卡爾曼濾波SOC估計(jì)研究[J]. 方磊,陳勇,趙理,殷康勝,鄭陽(yáng).  系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào). 2018(01)
[3]基于非對(duì)稱(chēng)模型的欠驅(qū)動(dòng)USV自適應(yīng)路徑跟蹤控制[J]. 陳霄,劉忠,張建強(qiáng),董蛟.  系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2018(01)
[4]飛機(jī)舵機(jī)電液加載系統(tǒng)多余力抑制方法研究[J]. 劉曉琳,王春婷.  系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào). 2017(02)
[5]基于自適應(yīng)變異粒子群算法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的短期燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)[J]. 張少平,徐曉鐘,代軍委.  計(jì)算機(jī)應(yīng)用. 2016(S1)
[6]非完全對(duì)稱(chēng)欠驅(qū)動(dòng)高速無(wú)人艇軌跡跟蹤控制[J]. 萬(wàn)磊,董早鵬,李岳明,何斌.  電機(jī)與控制學(xué)報(bào). 2014(10)

碩士論文
[1]無(wú)人船航向控制器設(shè)計(jì)與仿真研究[D]. 龔波.廣西大學(xué) 2019



本文編號(hào)：3414534