应用改进随机树算法的无人艇局部路径规划

针对无人艇航速高及实时性要求高的特点,为满足路径规划需要,在经典快速扩展随机树(RRT)算法的基础上,设计一种基于改进RRT算法的局部路径规划方法,引入抑制因子、限定转角和距离启发信息,改进生长点和探索点的选择,提高了算法速度.为兼顾航行距离最短和无人艇操控性能的特殊要求,对规划路径采取多余航点处理以及考虑回转性能的平滑处理.以海上和湖上典型雷达图像的处理结果为环境模型,进行局部路径规划试验.试验结果表明:该方法可以快速完成路径搜索,在提高搜索效率的同时缩短了规划距离,优化处理后的航线更适用于无人艇的跟踪,满足无人艇规划系统的要求.     

基于PCI8602的无人水面艇控制系统设计

介绍一种基于PCI8602数据采集卡的无人水面艇(USV)控制系统设计方法,硬件方面分为USV载体、岸基监控系统和无线传输系统,USV载体核心为工控机及PCI8602数据采集卡,它是通过数据采集卡控制直流电机和采集各类传感器数据,差分定位系统通过RS232串口与工控机相连,岸基监控系统由PC机组成,无线传输系统通过RS232串口与工控机、PC机相连,实现数据无线传输。软件方面可用Visual Basic编写,无需编写各层之间复杂的通信协议,各子系统之间易集成。最终实验结果表明,USV控制系统能够实时采集和发送相应测量数据,并且能够实现USV的远程控制。     

基于多种群遗传算法的水面无人艇航迹控制方法

针对水面无人艇(USV)的航迹控制问题,提出了一种由视线导向法和多种群遗传算法整定的PID航向控制器组成的航迹跟踪控制方法.该方法采用多种群遗传算法克服了传统遗传算法容易陷入局部最优的问题,增强了算法的全局寻优能力;并根据模型特点改进了适应度函数,使得对控制器性能的评价更加合理.与标准遗传算法和粒子群算法的对比仿真表明,多种群遗传算法在PID参数整定方面寻优能力更强、稳定性更高;同时,整定出的PID控制器针对不同的模型参数,均表现出收敛速度快、无超调、无稳态误差的优良特性.航迹仿真结果表明,设计的航迹控制方法能够有效跟踪给定航迹.     

一种内河海事无人艇路径规划算法设计与仿真

为了解决内河海事无人艇路径规划问题,提出了一种基于电子江图的路径遍历算法。该算法以分层的电子江图为基础,运用全局路径规划和局部路径规划的方法寻找近似可航路径。运用栅格法在复杂多变的内河环境中选择可航区域,运用Voronoi图对动态物标或可视为质点的碍航物建立航行路径集;将可航区域（或轻微碍航区域）与航行路径集公共区域记为可航路径;并运用贝塞尔曲线和二次规划数学方法进行优化。Matlab仿真结果表明,当障碍物位置坐标不同或目的地位置坐标不同时均可以生成近似可航路径;生成的不同近似可航路径均能被优化为最优安全可航路径,所以建立的环境模型以及使用的路径规划算法是有效、可行的。     

多方向无人水面艇路径规划算法

针对海洋环境下无人水面艇路径（USV）规划安全性与平滑性问题，提出一种多方向A^*路径规划算法以获得全局最优路径。首先，结合电子海图生成栅格化环境信息，并根据安全航行距离约束建立USV安全区域模型，在传统A^*算法基础上设计一种带安全距离约束的A^*启发函数来保证生成的路径节点的安全；其次，改进传统A^*算法的八方向搜索模式，提出一种多方向搜索模式来调整生成路径中的冗余点与拐点；最后，采用路径平滑算法对路径拐点进行平滑处理以获得满足实际航行要求的连续平滑路径。在仿真实验中，改进A^*算法规划的路径距离为7 043 m，相较于Dijkstra算法、传统A^*四方向搜索算法和传统A^*八方向搜索算法分别降低了9.7%、26.6%和7.9%。仿真结果表明改进后的多方向A^*搜索算法能够有效减小路径距离，更适用于USV路径规划问题。     

基于稳心自动调节功能的水面巡逻无人艇

针对港口内水域环境治理的动态监管和人员救助问题,设计一款采用双体船设计的装备有稳心自动调节装置和救生设备抛投装置的水面巡逻无人艇.阐述了该无人艇所能实现的功能、机械结构、工作原理.结果表明:该无人艇可执行规划水域巡逻、水面垃圾清理、紧急救生等任务,具有环境适应能力强,航行机动灵活等特点,可广泛应用于水域环境治理和落水人员救生等领域.     

基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的水面无人艇远程监控软件系统开发及应用

针对水面无人艇远程监控问题,开发了远程监控软件系统并在不同环境工况下进行了实际试验和应用。该软件通过 ＴＣＰ通讯实时传递当前经纬度至上位机地图软件,实现无人艇在地图上的实时定位。同时,通过 Ｍｏｄｂｕｓ协议,该软件实现了与下位机 ＰＬＣ之间的通信,实时读取艇上 ＧＰＳ数据显示在前面板,并将基站的控制命令发送给 ＰＬＣ,实现了手动控制、实时控制和路径规划等功能。通过喻家湖上试验验证,软件各控制功能正常,保证了后续海上试验以及海上航行应用的顺利完成。     

Research on disturbance rejection motion control method of USV for UUV recovery

The recovery of unmanned underwater vehicle (UUV) by unmanned surface vehicle (USV) has the characteristics of autonomy, safety, and efficiency. Taking the recovery of UUV by USV as the engineering background, this paper studies the guidance and anti-interference motion control of USV in the recovery process. Aiming at the problem of dynamic guidance when recovering UUV, the USV guidance strategy for UUV recovery is studied. Fuzzy guidance is introduced as the dynamic terminal guidance method, and a layered guidance strategy combining classical guidance and fuzzy guidance is proposed. On the basis of the theory of compact form dynamic linearization-based model-free adaptive control (CFDL-MFAC), the motion control of USV in the process of recovering UUV under the influence of model perturbation, external interference, and other uncertainties is studied. Theoretical analysis and experimental results show that there is a contradiction in the matching of dynamic change speed between the USV heading control subsystem and CFDL-MFAC. By introducing the difference item into the standard control criterion to weaken the integral effect in the heading control subsystem of USV, a difference-type compact format model-free adaptive control method (DCFDL-MFAC) is proposed, and the stability of DCFDL-MFAC method is proved theoretically. The effectiveness and practicability of the proposed method are verified by simulation tests and field tests of “Dolphin IB” small USV.     

多方向无人水面艇路径规划算法

针对海洋环境下无人水面艇路径（USV）规划安全性与平滑性问题,提出一种多方向A^*路径规划算法以获得全局最优路径。首先,结合电子海图生成栅格化环境信息,并根据安全航行距离约束建立USV安全区域模型,在传统A^*算法基础上设计一种带安全距离约束的A^*启发函数来保证生成的路径节点的安全;其次,改进传统A^*算法的八方向搜索模式,提出一种多方向搜索模式来调整生成路径中的冗余点与拐点;最后,采用路径平滑算法对路径拐点进行平滑处理以获得满足实际航行要求的连续平滑路径。在仿真实验中,改进A^*算法规划的路径距离为7 043 m,相较于Dijkstra算法、传统A^*四方向搜索算法和传统A^*八方向搜索算法分别降低了9.7%、26.6%和7.9%。仿真结果表明改进后的多方向A^*搜索算法能够有效减小路径距离,更适用于USV路径规划问题。     

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。