基于模糊PID的无人水面艇直线路径跟踪

针对固定参数PID方法在无人水面艇直线路径跟踪控制中出现的大迴转问题,提出一种基于模糊PID的直线路径跟踪方法。在系统中增加模糊推理模块,利用航向与跟踪直线之间的偏差角以及无人艇位置与跟踪直线之间的距离误差,根据模糊推理的方法动态地调整PID参数。通过PID控制器实时调整左右两侧推进电机的输入电压,实现对给定直线路径的自主跟踪。仿真结果表明,在初始航向偏差角较大时,该方法克服了采用固定参数PID控制方法时出现的大迴转现象;在初始航向偏差角较小时,该方法在超调量以及调节时间方面的直线跟踪性能优于固定参数PID控制方法。     

波浪干扰下固定双桨无人水面艇的路径跟踪方法

无人水面艇在路径跟踪过程中容易受到波浪环境的干扰,针对该问题提出一种基于可变船长比的直线路径跟踪方法。首先,建立了固定双桨无人水面艇在二阶波浪力下的运动模型;根据视距导航原理,设计了跟踪期望航向角的PD控制器,通过融合路径方向,距离偏差及船长比等信息,实时调整左右两侧推进电机的控制电压,实现无人水面艇直线路径跟踪。然后,针对不同船长比对直线路径跟踪的影响,在PD控制器中增加了以跟踪过程中的距离偏差和距离偏差变化率为输入,以船长比为输出的模糊推理模块,对船长比进行实时在线调整,提高了系统的抗波浪干扰性能。仿真结果表明,较之固定船长比的路径跟踪方法,所提方法使跟踪过程具有更好的动态性能,并且可减小波浪干扰下的路径跟踪偏差,有效克服波浪的干扰作用。     

无人水面艇航迹跟踪控制仿真

针对模型参数不确定、存在外界风浪流干扰的欠驱动无人水面艇的航迹跟踪问题,为提高无人水面艇自主航行能力,减小航迹跟踪过程中的轨迹偏差与跟踪迟滞,提出了一种分层控制结构的方法;由外至内采取航迹、航向、舵角三层控制,外环航迹控制层使用过渡目标点策略,根据无人水面艇的偏航距确定实时目标点,中环航向控制层使用最小转角策略,根据无人水面艇艏向角与目标方向角之差确定偏转打角,内环舵角控制层使用模糊自适应整定PID控制器,对模型参数的动态变化进行补偿;基于MATLAB GUI进行无人水面艇航迹跟踪控制仿真试验,结果表明,模糊自适应整定PID控制器提高了舵角的控制响应速度,无人水面艇在航行过程中的直线行驶、连续折线行驶均能得到较好的航迹跟踪控制。     

固定双桨驱动的无人水面艇自主直线路径跟踪系统

针对直流电机驱动固定双桨的无人水面艇,介绍了一种自主直线路径跟踪系统,该系统由岸基监控系统和艇载控制系统组成,具有自主航行和遥控航行两种工作模式,可在自主航行出现危险时切换到遥控模式,保证航行安全。岸基监控系统通过数传电台与艇载控制系统通信,向艇载控制系统发送控制命令,接收并显示其传回的状态信息;艇载控制系统以工控机为主控单元,进行数据采集与解算,与岸基监控系统通信,并为直线路径跟踪控制算法提供程序接口;GPS双天线高精度测向定位系统为直线路径跟踪控制算法提供位置和航向信息,直线路径跟踪控制算法根据距离偏差和航向偏差计算出左右两侧电机电压,进而控制无人水面艇航行。实验分别采用了PID、模糊控制和模糊PID三种控制方法,系统实际水上实验表明,在风力2~3级,晴到多云天气条件下,无人水面艇对目标路径的最大跟踪误差小于0.6 m。     

风干扰下基于变船长比的无人水面艇路径跟踪方法

针对无人水面艇在路径跟踪过程中易受风环境干扰的问题,建立了风环境下无人水面艇的运动数学模型,提出一种用于抵抗风干扰的直线路径跟踪方法;首先,基于视距导航原理,设计了跟踪期望航向角的PD控制器,通过融合路径方向,距离偏差及船长比等信息,实时调整左右两侧推进电机的控制电压,实现无人水面艇直线路径跟踪;然后,针对不同船长比对直线路径跟踪的影响,采用模糊控制方法,设计了以跟踪过程中的距离偏差和距离偏差变化率为输入,以船长比为输出的模糊控制模块,对船长比进行自适应调整,以提高控制器的抗风干扰性能;仿真结果表明,所提方法可减小风干扰作用下的跟踪静差,较之传统单纯PD控制方法,抵抗风干扰的能力得到提高。     

固定时间预测器下的欠驱动无人艇路径跟踪控制

无人艇是一类在水面自主移动的智能船艇, 具有无人自主, 航速高, 欠驱动的特点, 能应用到民用和军事的诸多领域. 针对欠驱动无人艇的路径跟踪问题, 本文在传统视线法制导律的基础上, 首次提出了一种新的固定时间收敛的预测器, 用于预测位置误差, 实现对干扰的估计和补偿. 与基于有限时间收敛的预测器的制导律相比, 固定时间预测器收敛时间不依赖于初始状态, 可以更快收敛. 此外, 为了保证跟踪控制器的有效收敛, 还设计了固定时间控制器, 将无人艇尾部的方向舵力矩作为控制器, 使无人艇航向角在固定时间收敛到期望艏向角. 最后通过仿真实验证明本文所提出的制导律和控制器能精确跟踪给定路径.     

基于GPS和IMU的欠驱动无人水面艇动力定位方法

提出了一种基于全球定位系统(GPS)和惯性测量单元(IMU)的欠驱动无人水面艇(USV)动力定位方法.先根据技术要求设定一个动力定位半径,再通过全球定位系统(GPS)和惯性测量单元(IMU)获取USV的位置与航向,计算出偏差距离和航向偏差角作为控制变量输入控制器中;当偏差距离大于或等于前述动力定位半径时根据不同的航向偏...     

欠驱动自主水面船的非线性路径跟踪控制

基于级联方法提出一种欠驱动自主水面船的全局K指数稳定路径跟踪控制算法.采用以自由路径参考点为原点的Serret-Frenet坐标系建立路径跟踪误差的动态模型,以路径参数的变化率为附加控制输入,克服了以正交投影点为坐标原点时的奇异值问题.设计路径跟踪航向角指令,将路径跟踪模型分解为位置跟踪子系统和航向角、前向速度跟踪子系统两个子系统级联的形式,设计航向角和前向速度的全局指数稳定跟踪控制器,应用级联系统理论证明了路径跟踪误差的全局K指数稳定性.数学仿真和自主水面船湖上实验结果验证了该路径跟踪控制算法的有效性.     

无人艇航迹跟踪GPC-PID串级控制

水面无人艇(unmanned surface vehicle,USV)系统存在有大惯性、长时滞、非线性、难以建立精确模型等问题,易受海浪等外界干扰的影响,采用传统的PID控制难以达到良好的航迹跟踪控制效果。为了实现更好的控制效果,基于广义预测理论,将其与PID控制相结合,设计了GPC-PID串级控制器,分别控制无人艇的转艏运动和操舵运动,并采用分离式控制方案,通过航向控制间接实现无人艇的航迹跟踪控制。从matlab仿真实验结果可以看出,GPC-PID控制器具有良好的航向控制与航迹跟踪控制效果,具有响应速度快,控制精度高,鲁棒性好,抗干扰能力强等优点。     

改进PSO算法整定PID控制参数的路径优化控制

为解决无人艇航行过程中存在控制精度低、偏离期望航迹的问题,改进变前视距离的视线（Line of sight,LOS）跟踪算法,提出一种基于改进粒子群（Particle swarm optimization,PSO）优化航向PID控制器参数的算法。首先,基于无人艇数学模型对航行漂角的影响,提出改进变前视距离视线导引跟踪算法,通过引入积分项减小横向误差,并对算法进行Lyapunov稳定分析。接着,为了提高算法的性能,对粒子群算法的惯性权重和学习因子进行非线性动态自适应调整,优化航向PID控制参数。最后,通过Matlab进行控制算法仿真。仿真结果表明,提出的路径优化算法具有航向误差小、系统稳定性优和响应速度快的优点。