航向纠偏控制器的设计与应用

针对无人驾驶飞机在滑行起飞时出现的航向偏差问题,设计了航向纠偏控制器,用以修正无人机航向角,避免其滑出跑道,确保其正常起飞。     

基于ADRC的船舶航向控制器设计与仿真研究

摘要：船舶航向运动系统具有典型的非线性和不确定性,并受到自动舵执行能力的约束以及风、浪、流等的干扰,使得航向控制器的设计非常困难.针对以上问题给出了带有舵机约束的船舶运动非线性数学模型以及海浪扰动数学模型,对ADRC的原理进行了简要介绍,设计出了船舶航向ADRC控制器.仿真结果表明该控制器对于船舶航向运动的非线性、参数不确定性、环境不确定性以及控制对象的模型变化均有较强的鲁棒性,航向切换控制过程快速、平滑,操舵量小,可以实现高精度的航向保持控制.     

运用VB实现基于GPS及IMU的汽车道路试验回放

运用Visual Basic 6.0,开发了一套基于差分GPS信号和陀螺仪的汽车运动参数试验回放系统。首先介绍了基于差分GPS和陀螺仪系统的汽车道路试验系统硬件组成,进而根据汽车道路试验的要求,编写了一款通过绘制汽车航向及行驶轨迹,将运动参数以数据和曲线等方式显示的软件。最后,通过具体的汽车道路试验,说明了该软件的设计达到了预期的效果。     

基于Backstepping的非线性无人船航向控制算法

针对无人船航向控制系统模型存在模型参数和外界干扰不确定性的特点,提出基于Backstepping思想,由控制舵角输入进而控制航向的自适应航向控制算法。自适应算法进行自我调节,可使无人船实际航向与初始航向偏差减小。用Lyapunov函数验证该控制算法能够使得闭环系统最终有界。将该控制算法与传统PID控制算法和模糊PID控制算法进行航向控制仿真对比分析,该控制算法其超调量更小,系统恢复稳定更快。     

基于椭圆拟合误差补偿算法的数字磁罗盘

设计了一种基于磁阻传感器和加速度计的低成本的电子罗盘导航系统。介绍了电子罗盘的工作原理,并给出了航向角的计算方法,同时对电子罗盘的影响因素进行了说明。在利用硬件对采集的数据进行滤波处理以提高精度的同时,还采用了基于椭圆拟合误差补偿方法对磁罗差进行补偿。试验结果表明:椭圆拟合误差补偿方法补偿效果显著,系统性能稳定,适合于低速的便携导航应用。     

一种基于视觉的无人船回坞控制方法

为了解决小型无人船(Unmanned Surface Vehicle, USV)作业后的回收以及能源补给的问题,提高无人船无人系统的自主性,提出了一种基于视觉的回坞控制方法。首先,通过分析目标图像与船舶航向之间的联系提出了视觉航向轨迹的概念;然后,根据特定的船坞立体靶标结构计算出视觉航向轨迹;最后,运用PID控制算法对视觉航向轨迹进行跟踪,从而完成回坞任务。在VRX(Virtual RobotX)仿真系统中进行零级海况和二级海况下的USV自主回坞实验,实验结果表明,提出的基于视觉的回坞控制方法能实时跟踪视觉航向轨迹并顺利完成回坞任务。     

动态调整航向角误差走廊的侧向制导策略

针对传统的侧向制导方法在气动参数存在不确定性时,因气动力和倾侧角剖面的变化而造成较大的制导误差,提出了一种基于动态航向角误差走廊的侧向制导方法.根据参考航向角误差走廊和实际升阻比的估计值在线调整航向角误差门限.在飞行轨迹末端根据当前速度和航向角误差的导数对反转点进行预测.该制导方法对气动参数摄动具有较强的鲁棒性,并避免...     

多无人机同时到达的standoff跟踪控制

为实现多无人机standoff目标跟踪与同时到达,提出了一种新的比例Lyapunov矢量场和基于τ耦合理论的协同速度控制器。首先,与其他的Lyapunov矢量场相比,比例Lyapunov矢量场中增加了一个可设置的参数,使得在跟踪过程中无人机能够在收敛速度和航向角速率限制之间取得平衡,最大限度的发挥无人机的性能;然后,通过进一步的理论分析得出参数越小,收敛速度越快,但是航向角速率越大。同时给出了在最大航向角速率限制下参数的选取方法,以保证获得较快的收敛速度。最后,为保证无人机能够从不同初始位置同时到达目标点,设计了基于τ耦合理论的协同速度控制律,该控制律不需要考虑实际的不规则飞行路径,只需要计算当前点到目标点的直线距离,避免了现有四维路径规划方法中路径积分复杂的问题,算法更加简单,更有利于工程实现。结果表明,通过数字仿真实例和硬件在环实验,验证了所提方法能够导引无人机同时到达目标点,并快速收敛到standoff半径,说明了该方法的有效性和优越性,且能够应用于工程实际。     

基于DSP和GPS的车辆监控系统设计

在车辆监控系统中,利用GPS能够全天候、连续、实时地获得高精度的三维位置航向和速度信息.但是,GPS卫星信号在隧道和山谷容易受到遮挡,通过GPS接收机不能获得连续准确的导航信息.为解决此类问题,讨论了利用滤波算法辅助GPS进行定位,弥补了GPS的缺陷.介绍了车辆监控系统的原理和数学模型,给出了基于DSP的车辆监控系统的硬件组成和软件编程,实现了车辆监控的组合方法.     

基于LabVIEW的航向平滑方法研究

针对由整型像素坐标计算目标航向而引起的航向不规则变化问题，在Lab VIEW开发工具中采用对像素坐标进行滑动平均的方法，使目标航向的变化趋于平滑．通过对单、双坐标和循环滑窗方法的对比分析和综合运用，到达了较好的平滑效果．     

映射法测量横向感应磁场垂向分量的实验验证

感应磁场是现代舰艇的重要物理场,针对舰艇感应磁场难以快速准确获取的问题,开展了磁场映射法测量横向感应磁场垂向分量的实验验证研究。利用某消磁站缩比物理模型进行实验,分别采用单航向上磁场映射法和地磁模拟法来测量船模的横向感应磁场垂向分量,并与传统的两航向法测量值进行比较。结果表明单航向上磁场映射法精度较高,相对均方根误差为8.13%,且在工程实践中较传统方法更高效,为进一步推广单航向上磁场映射法测量舰艇感应磁场提供了依据。     

沿航向运动补偿的几何形变校正

进行沿航向运动补偿后SAR图像存在几何形变．影响于图像拼接和多波段SAR图像融合．对沿航向运动补偿后的几何形变量进行了推导。提出一种校正沿航向运动补偿后几何形变的方法．该方法利用多普勒调频率的扰动项构造相位补偿函数进行运动补偿。根据多普勒调频率计算目标在理想情况下的位置．以及经过沿航向运动补偿后相对理想情况的位置偏移量，对SAR图像插值完成几何形变校正．采用仿真和实测多波段数据验证该方法的有效性．     

基于灰色预测的AUV水平面轨迹跟踪控制研究

为解决自主式水下航行器轨迹跟踪控制中的不确定性问题,以及在各种航向角偏差情况下,保证正确的航向和准确的轨迹跟踪问题．提出基于灰色预测的模糊自适应航向角控制系统,克服不确定性对轨迹跟踪控制的影响;以航向角偏差预测值作为轨迹跟踪方案的选择依据．通过对水下航行器S形搜索的轨迹跟踪进行仿真研究,结果证明该方法具有较好的控制效果,可以保证水下航行器在不同航向角偏差的情况下稳定、准确的进行轨迹跟踪．     

基于神经网络参考模型的船舶航向智能自适应控制系统

为使船舶能在不同状态和环境下按所希望的要求改变船舶的航向，提出了一种基于神经网络参考模型的船舶航向智能自适应控制算法，利用神经网络建立了参考模型和船舶航向运动的辨识模型。并将模糊控制与神经网络相结合，设计了模糊神经网络控制器。利用神经网络的学习功能对控制器的隶属度函数及推理规则进行修正，以提高其自适应能力。仿真结果表明该算法对船舶转向控制有良好的效果。     

基于神经网络的水下机器人航向角跟踪控制

以能量消耗量作为评价函数进行水下机器人运行规划的结果得到随时间变化的目标航向角和理论控制输出。本文探讨基于神经网络的追踪控制器以实现在运动控制过程中对水下机器人被规划航向角进行追踪控制,并探讨实际控制输出与理论控制输出的一致性问题以实现运动过程消耗的操作能量较小。水下机器人“Twin-Burger“航向角控制的游泳池实验结果验证了本文所提出方法的有效性和可行性。     

时域极大似然法在某主控飞机等效横航向飞行品质辨识中的应用

对某主动控制飞机横航向闭环飞行控制系统进行了数字仿真，为了模拟飞机在大气中的飞行，考虑了大气紊流的影响，然后利用时域极大似然法由仿真的飞行数据对该机横航向等效飞行品质进行辨识，结果是令人满意的。     

INS/GPS/DVL组合导航系统中测量延迟的影响及标定方案分析

以INS/GPS/DVL组合导航系统为例,分析了测量延迟误差对系统精度的影响(会产生较大的航向误差,继而会影响前向加表偏置)。提出了延迟误差的软硬件标定方法,包括时标法和相关系数分析法,对硬件和算法不需要作较大的改动就可以估计出延迟误差并补偿外部观测量。在无延迟、有延迟和延迟补偿后几种情况下进行了对比仿真。结果表明:该标定补偿方案可以准确地估计出延迟误差,有效地提高系统精度,几乎达到无延迟的精度水平。     

步幅和建筑方向辅助的行人导航算法

针对零速校正过程中航向误差观测性差引起的定位精度低的问题,在零速校正的基础上,采用行人步幅和建筑方向辅助的航向误差校正算法,对系统原有观测量扩维。根据行人运动状态得到步幅航向和建筑方向,建立基于速度误差和航向误差的量测模型,利用卡尔曼滤波器实现滤波更新。并且研究了RTS平滑算法,对轨迹进行平滑以解决轨迹突变问题。采用荷兰Xsens公司的MTi-G型IMU进行场地试验,通过对比不同算法的定位误差验证算法的有效性。结果表明,当行人运动距离为70 m时,其最大定位误差不超过3.4 m。     

一种改进的低成本车载MIMU/GPS组合导航系统算法

针对低成本车载MIMU/GPS组合导航系统中存在的航向角可观测性较弱的问题,建立了一种加入GPS测速所获得的航向角信息的量测方程,增强系统航向角的可观测性,从而解决了低成本车载MIMU/GPS组合导航中的航向角可观测性较弱的问题。同时,为提高实时计算效率,并考虑低精度惯性器件噪声统计特性不易准确获得,采用降阶状态模型,并设计改进型强跟踪卡尔曼滤波与U-D分解相结合的滤波算法来抑制模型不精确造成的滤波发散。跑车实验表明,所设计的方法能够很好适用于低成本车载MIMU/GPS组合导航系统。     

低精度SINS初始对准/GPS双天线测向互辅算法

针对低精度捷联惯性导航系统无法实现航向角的自对准和全球定位系统双天线测向需要较长时间的初始化问题,研究了二者互相辅助的新算法．即利用SINS初始对准时的俯仰角信息和已知基线长度进行约束,通过搜索基线姿态角,在二次残差最小的条件下快速确定基线航向角,然后利用该航向角辅助SINS的快速初始对准．建立了互辅算法模型,论述了互辅原理,推导了相关公式．通过实验比较,验证了新算法的正确性及可靠性,30s内得到了0.2°的俯仰角和航向角误差,100s内实现了低精度SINS的初始对准,且算法简单,实用性强．