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海流干扰下的欠驱动AUV三维路径跟踪控制 被引量:10
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作者 姚绪梁 王晓伟 +1 位作者 蒋晓刚 王峰 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期37-45,共9页
为解决存在海流干扰和模型不确定性情况下欠驱动自主水下航行器(AUV)的三维路径跟踪控制问题,首先在Serret-Frenet坐标系下,基于虚拟向导建立了跟踪误差模型.然后,在运动学控制器中基于李雅普诺夫(Lyapunov)理论和反步法设计具有自适应... 为解决存在海流干扰和模型不确定性情况下欠驱动自主水下航行器(AUV)的三维路径跟踪控制问题,首先在Serret-Frenet坐标系下,基于虚拟向导建立了跟踪误差模型.然后,在运动学控制器中基于李雅普诺夫(Lyapunov)理论和反步法设计具有自适应律的虚拟向导和一种改进的积分视线法(ILOS)导引律,克服了海流的干扰并减少了超调.应用反步自适应滑模控制(BASMC)理论设计动力学控制器,保证了系统的稳定性和鲁棒性.最后,应用非线性级联理论证明了整个控制系统的闭环稳定性.仿真结果表明:基于AUV与流体的相对速度来实现的控制律,便于工程应用.该控制器能够有效克服海流和模型不确定的影响,实现对三维路径的跟踪. 展开更多
关键词 自主水下航行器 路径跟踪 滑模控制 serret-frenet 坐标系 积分视线法
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欠驱动船舶路径跟踪的非线性模型预测控制(英文) 被引量:6
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作者 王晓飞 李铁山 +1 位作者 邹早建 罗伟林 《船舶力学》 EI 北大核心 2010年第3期217-227,共11页
文章针对欠驱动船舶的路径跟踪提出了一种解析解模型预测控制方法,使其能够驶入预先规划好的航行路径。采用了Serret-Frenet坐标系来描述船舶运动,并且引入了重定义输出,由此避免了模型预测控制中的病态相关度问题,同时将原单输入多输... 文章针对欠驱动船舶的路径跟踪提出了一种解析解模型预测控制方法,使其能够驶入预先规划好的航行路径。采用了Serret-Frenet坐标系来描述船舶运动,并且引入了重定义输出,由此避免了模型预测控制中的病态相关度问题,同时将原单输入多输出系统转化为单输入单输出系统。文中的算法提供了一种获得合适的控制参数的系统方法,保证了闭环系统的稳定性。数值仿真结果验证了该控制器的有效性。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 路径跟踪 模型预测控制 serret-frenet坐标系
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自主式水下航行器三维路径跟踪的神经网络H_∞鲁棒自适应控制方法 被引量:6
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作者 葛晖 敬忠良 高剑 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期317-322,共6页
本文研究了存在模型不确定以及外界未知扰动情况下的自主式水下航行器(AUV)的三维路径跟踪控制问题.针对此问题,首先利用时标分离原理及正交投影Serret-Frenet坐标系建立了描述AUV质心运动及姿态运动的的仿射非线性数学模型.其次,在控... 本文研究了存在模型不确定以及外界未知扰动情况下的自主式水下航行器(AUV)的三维路径跟踪控制问题.针对此问题,首先利用时标分离原理及正交投影Serret-Frenet坐标系建立了描述AUV质心运动及姿态运动的的仿射非线性数学模型.其次,在控制器设计中运用神经网络H∞鲁棒自适应算法克服了模型的不确定性及扰动,同时在控制器设计中利用了主导输入的思想,降低了闭环系统的复杂度,减少了实时计算工作量,便于工程应用.基于Lyapunov理论的分析保证了系统的稳定性.仿真结果表明,路径跟踪控制律可以保证AUV沿期望路径运动,并且具有良好的动态性能. 展开更多
关键词 自主式水下航行器(AUV) 三维路径跟踪 serretfrenet坐标系 质心回路 姿态回路 神经网络
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基于Serret-Frenet坐标系的翼伞系统轨迹跟踪控制 被引量:6
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作者 熊菁 程文科 秦子增 《动力学与控制学报》 2005年第2期87-91,共5页
基于翼伞系统归航轨迹的特点,采用Serret-Frenet坐标系表示距离“平衡”轨迹的偏差,得到线性时不变的误差运动方程.由此误差方程可以得到控制量与轨迹偏差之间的传递函数,直接进行轨迹控制器的设计.对于控制器输入所需的轨迹偏差和偏差... 基于翼伞系统归航轨迹的特点,采用Serret-Frenet坐标系表示距离“平衡”轨迹的偏差,得到线性时不变的误差运动方程.由此误差方程可以得到控制量与轨迹偏差之间的传递函数,直接进行轨迹控制器的设计.对于控制器输入所需的轨迹偏差和偏差率可以采用解析的方法近似求解,极大地简化了计算.整个设计流程简单明了,采用PD控制器进行轨迹跟踪的算例表明此套方法的有效性. 展开更多
关键词 轨迹跟踪控制 坐标系 系统 翼伞 轨迹偏差 线性时不变 PD控制器 传递函数 误差方程 运动方程 近似求解 设计流程 控制量 偏差率
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滚转机动受限的无人机复杂航路跟随制导方法
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作者 薛宝山 李春涛 +1 位作者 苏子康 戴飞 《战术导弹技术》 北大核心 2023年第5期104-113,共10页
无人机在未来作战中的作用逐渐多样化,航路跟随能力将成为发挥无人机作战效能的关键支撑技术。针对固定翼无人机跟随复杂航路的需求,提出一种基于非线性模型预测控制的航路跟随制导方法。该方法通过引入沿预定复杂航路变速运动的参考点,... 无人机在未来作战中的作用逐渐多样化,航路跟随能力将成为发挥无人机作战效能的关键支撑技术。针对固定翼无人机跟随复杂航路的需求,提出一种基于非线性模型预测控制的航路跟随制导方法。该方法通过引入沿预定复杂航路变速运动的参考点,在Serret-Frenet坐标下建立航路跟随的位置和航迹方位角误差模型,结合无人机滚转能力以及动参考点速度约束等,构建了航路跟随的非线性优化问题,采用基于精英保留策略的混沌粒子群算法,求解得到了跟随复杂航路的制导指令。仿真结果表明,该方法可实现使复杂航路稳态跟随精度达到米级,并具有较强的抗风扰能力。 展开更多
关键词 非线性模型预测控制 航路跟随 固定翼无人机 滚转能力 serret-frenet坐标 动参考点 粒子群算法
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基于解析模型预测控制的欠驱动船舶路径跟踪控制器设计 被引量:4
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作者 王晓飞 张葆华 +1 位作者 褚德英 张靖伦 《船海工程》 2012年第1期135-137,141,共4页
针对欠驱动船舶路径跟踪控制系统中存在风、浪、流等外界干扰的影响,将船舶运动模型转化到Serret-Frenet标架下进行研究,通过引入重定义输出将原单输入多输出控制系统转化为单输入单输出控制系统,并将解析模型预测控制与非线性观测器相... 针对欠驱动船舶路径跟踪控制系统中存在风、浪、流等外界干扰的影响,将船舶运动模型转化到Serret-Frenet标架下进行研究,通过引入重定义输出将原单输入多输出控制系统转化为单输入单输出控制系统,并将解析模型预测控制与非线性观测器相结合,提出一种鲁棒路径跟踪控制算法。该算法能够使欠驱动船舶跟踪并镇定于给定的参考路径。计算机仿真结果表明,所提出的控制器具有良好的控制性能以及鲁棒性能。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 serret-frenet标架 路径跟踪 模型预测控制
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Adaptive Path Following Controller of Underactuated Ships Using Serret-Frenet Frame 被引量:2
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作者 王晓飞 邹早建 +1 位作者 李铁山 罗伟林 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2010年第3期334-339,共6页
This paper presents an adaptive path following control law to steer underactuated ships along a predefined path at a constant forward speed with uncertain parameters due to changes of added mass matrices.The proposed ... This paper presents an adaptive path following control law to steer underactuated ships along a predefined path at a constant forward speed with uncertain parameters due to changes of added mass matrices.The proposed controller is based on analytic model predictive control and model reference adaptive control.The SerretFrenet frame is used to describe the ship dynamics.The analytic model predictive control provides a systematic method rather than try-and-error method to get appropriate control parameters to guarantee the stability of the closed-loop system,and the well-defined relative degree is guaranteed by introducing output-redefinition.An identification algorithm based on model reference adaptive control is used to identify the uncertain parameters.Numerical simulations are provided to demonstrate the validity of the proposed control law. 展开更多
关键词 underactuated ship path following model predictive control serret-frenet frame
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非完全对称无人两栖平台路径跟踪控制 被引量:2
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作者 孙伟 华玉龙 +1 位作者 迟宝山 刘国强 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1161-1169,共9页
为了提高非完全对称无人两栖平台的可靠性和机动性,研究其在浅水水域中的路径跟踪控制问题。分析水域深度对水动力导数的影响并对其进行修正,建立了更为精确的路径跟踪数学模型;对数学模型及参考路径进行变换,将路径跟踪误差转换到Serre... 为了提高非完全对称无人两栖平台的可靠性和机动性,研究其在浅水水域中的路径跟踪控制问题。分析水域深度对水动力导数的影响并对其进行修正,建立了更为精确的路径跟踪数学模型;对数学模型及参考路径进行变换,将路径跟踪误差转换到Serret-Frenet坐标系下进行描述,得到了位置跟踪和航向、纵向速度跟踪两个级联形式的子系统;基于级联系统理论证明了航向、纵向速度跟踪子系统与原系统的等价性。基于Backstepping方法设计航向、纵向速度子系统的全局稳定控制器,通过对直线和圆形参考路径的数学仿真以及对直线参考路径的实验研究,验证了该控制器的有效性。 展开更多
关键词 兵器科学与技术 非完全对称 无人两栖平台 路径跟踪 serret-frenet框架 级联理论
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Adaptive back-stepping control on container ships for path following 被引量:1
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作者 ZHAO Yang DONG Lili 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2020年第4期780-790,共11页
A feedback-dominance based adaptive back-stepping(FDBAB) controller is designed to drive a container ship to follow a predefined path. In reality, current, wave and wind act on the ship and produce unwanted disturbanc... A feedback-dominance based adaptive back-stepping(FDBAB) controller is designed to drive a container ship to follow a predefined path. In reality, current, wave and wind act on the ship and produce unwanted disturbances to the ship control system.The FDBAB controller has to compensate for such disturbances and steer the ship to track the predefined(or desired) path. The difference between the actual and the desired path along which the ship is to sail is defined as the tracking error. The FDBAB controller is built on the tracking error model which is developed based on Serret-Frenet frame transformation(SFFT). In additional to being affected by external disturbances, the ship has more outputs than inputs(under-actuated), and is inherently nonlinear.The back-stepping controller in FDBAB is used to compensate the nonlinearity. The adaptive algorithms in FDBAB is employed to approximate disturbances. Lyapunov's direct method is used to prove the stability of the control system. The FDBAB controlled system is implemented in Matlab/Simulink. The simulation results verify the effectiveness of the controller in terms of successful path tracking and disturbance rejection. 展开更多
关键词 under-actuated NONLINEAR environmental disturbance path following serret-frenet frame transformation(SFFT) ship steering
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鱼雷形水下机器人非线性航迹跟踪控制 被引量:8
10
作者 苏玉民 曹建 +1 位作者 徐锋 张国成 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期977-983,共7页
研究了欠驱动自主式水下机器人路径跟踪问题.在Serret-Frenet移动坐标系下,基于虚拟目标机器人建立了路径跟踪误差动力学方程.在此基础上,结合水下机器人动力学方程,设计了基于Lyapunov稳定性理论和反步法技术的控制器.仿真结果表明,提... 研究了欠驱动自主式水下机器人路径跟踪问题.在Serret-Frenet移动坐标系下,基于虚拟目标机器人建立了路径跟踪误差动力学方程.在此基础上,结合水下机器人动力学方程,设计了基于Lyapunov稳定性理论和反步法技术的控制器.仿真结果表明,提出的非线性反馈控制律能够保证路径跟踪误差快速收敛到零,使机器人沿着参考路径航行. 展开更多
关键词 非线性控制 路径跟踪 欠驱动系统 自主水下机器人 serretfrenet坐标系
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路径约束条件下车辆行为的时空演化模型 被引量:4
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作者 潘登 郑应平 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期408-413,共6页
复杂地理环境下车辆运行线路具有空间三维特征,它对车辆行为的约束是显然的,非一维空间和二维空间所能描述.将复杂地理环境下车辆运行线路抽象为空间曲线,引入微分几何理论,利用弧长、曲率和挠率等几何不变量参数建立沿空间曲线运动的Se... 复杂地理环境下车辆运行线路具有空间三维特征,它对车辆行为的约束是显然的,非一维空间和二维空间所能描述.将复杂地理环境下车辆运行线路抽象为空间曲线,引入微分几何理论,利用弧长、曲率和挠率等几何不变量参数建立沿空间曲线运动的Serret-Frenet活动标架;然后,对空间曲线上任意一点处Serret-Frenet标架具有时变属性的动态行为进行数学描述,进而建立路径约束条件下车辆行为的时空演化模型,并在数学上严格证明了所建时空演化模型适用于车辆(Serret-Frenet标架)直线运行和做匀速圆周运动的特殊情形.为后续复杂地理环境中交通线路上的车辆跟驰、变道等微观行为和交通流宏观行为研究,奠定了理论基础. 展开更多
关键词 车辆行为 时空演化 路径约束 serret-frenet活动标架
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