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基于非线性模型预测控制的无人船航迹跟踪控制方法 被引量：3
1
作者 马天珩 宁杨阳 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2023年第2期123-130,166,共9页
为了实现复杂场景下无人船(USV)的实时、高精度、抗干扰运动控制,以欠驱动双推进差速无人船作为研究对象,基于三自由度无人船水动力模型设计非线性模型预测航迹跟踪控制器(NMPC),在考虑控制约束与状态约束的情况下,根据快速稳定航行的... 为了实现复杂场景下无人船(USV)的实时、高精度、抗干扰运动控制,以欠驱动双推进差速无人船作为研究对象,基于三自由度无人船水动力模型设计非线性模型预测航迹跟踪控制器(NMPC),在考虑控制约束与状态约束的情况下,根据快速稳定航行的目标设计优化范式,引入多重打靶算法求解思想提升控制器求解速度;根据无人船航行时风、浪、流等环境干扰的特点,设计一种适用于复杂场景无人船控制的非线性干扰观测器(NDO),根据干扰观测结果对控制模型进行在线补偿,并通过仿真试验,验证了所提控制算法的精确性、实时性和抗干扰能力。 展开更多
关键词 无人船(usv) 航迹跟踪 非线性模型预测控制(NMPC) 非线性干扰观测器(NDO)
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基于强化学习的指定性能轨迹跟踪最优控制 被引量：4
2
作者 杨忱 赵红 +2 位作者 王宁 高颖 郭晨 《大连海事大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期1-10,25,共11页
为保证无人船对期望轨迹的高动态精确跟踪,针对带有输入饱和限制的无人船轨迹跟踪系统,提出一种基于强化学习的指定性能轨迹跟踪最优控制策略.采用双曲正切函数逼近饱和函数,并利用指定性能控制技术将无人船跟踪误差进行误差转换,使跟... 为保证无人船对期望轨迹的高动态精确跟踪,针对带有输入饱和限制的无人船轨迹跟踪系统,提出一种基于强化学习的指定性能轨迹跟踪最优控制策略.采用双曲正切函数逼近饱和函数,并利用指定性能控制技术将无人船跟踪误差进行误差转换,使跟踪动态误差约束在期望的指定范围内以保证轨迹跟踪系统的高动态性能.在此基础上,采用最优控制理论与强化学习中基于神经网络的Actor-Critic控制框架设计无人船轨迹跟踪最优控制方法,同时解决了控制输入饱和限制的问题.基于李雅普诺夫稳定性理论,证明了本文控制策略下无人船轨迹跟踪系统的稳定性,保证了跟踪误差均在指定的范围内.仿真实验也验证了本文策略的有效性与优越性. 展开更多
关键词 无人船(usv) 输入饱和限制 轨迹跟踪 指定性能控制 强化学习最优控制 Actor-Critic框架
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多特征融合的无人船视觉目标跟踪
3
作者 吴伟 王宁 +1 位作者 王元元 孙赫男 《大连海事大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期37-45,56,共10页
针对海面光照变化、水花遮挡、水面倒影等耦合作用引起的无人船视觉目标跟踪漂移问题,提出一种基于多特征融合的尺度自适应相关滤波跟踪算法。通过多特征融合,增强了水面目标特征表达,避免了目标跟踪漂移。为减少环境干扰对跟踪目标外... 针对海面光照变化、水花遮挡、水面倒影等耦合作用引起的无人船视觉目标跟踪漂移问题,提出一种基于多特征融合的尺度自适应相关滤波跟踪算法。通过多特征融合,增强了水面目标特征表达,避免了目标跟踪漂移。为减少环境干扰对跟踪目标外观描述的影响,设计尺度自适应跟踪滤波器,提升目标跟踪鲁棒性能。采用本文算法对多个代表性海上视频数据集进行验证,并与典型目标跟踪算法进行比较。结果表明,相较基于单一CN特征的跟踪算法,本文算法的平均重叠率提升23.63%、平均中心误差减少53.79个像素点。本文算法适用于处理由于海面环境剧烈变化、目标尺度变化导致的跟踪漂移问题,可为无人船作业自主性提供重要智能感知技术支持。 展开更多
关键词 无人船(usv) 视觉目标跟踪 自适应相关滤波 多特征融合
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基于多传感器融合SLAM的无人船靠泊技术
4
作者 贾薇 王宁 +4 位作者 张富宇 张雪峰 李洁龙 吴浩峻 孙赫男 《大连海事大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期65-75,共11页
面向港口区域无人船自主靠泊应用需求,从提高无人船环境感知精度与定位能力角度,提出一种基于多传感器融合同时定位与地图构建(SLAM)的无人船自主靠泊技术。对可航行区域动态变化导致的卫星地图时效性差、环境表征不完备问题,提出水上-... 面向港口区域无人船自主靠泊应用需求,从提高无人船环境感知精度与定位能力角度,提出一种基于多传感器融合同时定位与地图构建(SLAM)的无人船自主靠泊技术。对可航行区域动态变化导致的卫星地图时效性差、环境表征不完备问题,提出水上-水下一体化精准感知方案以获取可通行信息。对卫星定位偏差大、姿态信息获取难的问题,利用无人船实时感知的深度信息与先验点云地图匹配,获取精准的位姿信息。考虑到靠泊时对船舶特定姿态的需求,建立船舶运动模型和避碰模型,通过船舶操纵试验获取无人船运动性能参数,并将其作为Reeds-Shepp优化曲线的约束条件,消除轨迹上的尖锐拐点。根据真实数据构建无人船、传感器及港口环境模型,并进行自主航行靠泊仿真实验。结果表明,本文提出的基于多传感器融合SLAM的无人船自主靠泊技术可精准完成港口靠泊任务。 展开更多
关键词 无人船(usv) 港口靠泊 路径规划 多传感器融合 同时定位与地图构建(SLAM)
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基于漂角估计的无人船局部动态避障方法
5
作者 刘淑霞 李立刚 +1 位作者 金久才 戴永寿 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2023年第1期103-108,119,共7页
为了提高无人船局部动态避障的规范性、安全性和稳定性,提出基于漂角估计的无人船局部动态避障方法。首先,根据国际海上避碰规则(COLREGS)选取动态窗口法(DWA)的速度空间;其次,根据预测的障碍物运动状态选择动态窗口法中无人船的无碰预... 为了提高无人船局部动态避障的规范性、安全性和稳定性,提出基于漂角估计的无人船局部动态避障方法。首先,根据国际海上避碰规则(COLREGS)选取动态窗口法(DWA)的速度空间;其次,根据预测的障碍物运动状态选择动态窗口法中无人船的无碰预测轨迹;最后,考虑海洋扰动,利用横向位置误差估计漂角,并在无人船的航向上进行补偿。仿真实验结果验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 无人船(usv) 局部动态避障 动态窗口法(DWA) 风浪流干扰 漂角估计
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自适应量化神经网络滑模无人船编队控制
6
作者 宁君 刘子涵 +2 位作者 李伟 李铁山 陈俊龙 《上海海事大学学报》 北大核心 2024年第2期7-13,共7页
针对复杂海洋环境下欠驱动水面无人船(unmanned surface vehicle,USV)编队控制存在的模型不确定性、参数摄动、控制输入量化等问题,提出一种自适应量化神经网络滑模控制算法。在USV运动学子系统中,设计基于内外环控制策略的制导律,解决... 针对复杂海洋环境下欠驱动水面无人船(unmanned surface vehicle,USV)编队控制存在的模型不确定性、参数摄动、控制输入量化等问题,提出一种自适应量化神经网络滑模控制算法。在USV运动学子系统中,设计基于内外环控制策略的制导律,解决USV欠驱动问题。由于所采用的动力学模型中含有未知项和外界环境干扰,故在USV动力学子系统中通过使用径向基函数神经网络实现对干扰的估计。采用一种线性解析模型来描述输入量化过程。所设计的控制系统不需要量化参数的先验信息。基于输入-状态稳定性理论证明了系统稳定性。通过仿真实验验证了所提算法的有效性。 展开更多
关键词 自适应滑模控制 输入量化 编队控制 水面无人船(usv)
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基于改进快速行进法的水面无人船全局路径规划
7
作者 张乃天 陈世才 蒙子昕 《上海海事大学学报》 北大核心 2023年第3期5-11,共7页
为解决将快速行进法用于水面无人船(unmanned surface vehicle,USV)全局路径规划所得路径安全性低和复杂度高的问题,对快速行进法进行改进。为提高所规划路径的安全性,设置障碍物时间场函数使USV能远距离避障。为降低所规划路径的复杂度... 为解决将快速行进法用于水面无人船(unmanned surface vehicle,USV)全局路径规划所得路径安全性低和复杂度高的问题,对快速行进法进行改进。为提高所规划路径的安全性,设置障碍物时间场函数使USV能远距离避障。为降低所规划路径的复杂度,设置梯度拐点评价函数使USV转向次数减少。通过MATLAB分别对改进快速行进法与传统快速行进法、快速行进平方法进行对比分析,仿真结果验证了本文所提算法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 水面无人船(usv) 全局路径规划 快速行进法 障碍物时间场函数 梯度拐点评价函数
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