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期刊信息/Journal information
中国舰船研究
中国舰船研究

许建

双月刊

1673-3185

cjsr@ship-research.com

027-88730832

430064

湖北省武汉市张之洞路268号

中国舰船研究/Journal Chinese Journal of Ship ResearchCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>办刊宗旨：高举创新的旗帜，加强技术交流，开展学术争鸣，提倡观念创新，推动理论创新与技术进步，促进舰船事业发展和海军装备建设现代化。读者对象：舰船行业的专家学者、大专院校的师生、科研院所的科技人员及相关领域的专业人员。
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    基于输入饱和的欠驱动水面舰艇预定义时间跟踪控制

    黄秀颖刘海涛田雪虹
    98-110页
    查看更多>>摘要：[目的]为解决欠驱动水面舰艇(USV)在模型不确定性、强耦合特性和控制器输入饱和情况下的轨迹跟踪问题,提出基于输入饱和的USV预定义时间跟踪控制方法.[方法]针对USV模型具有非零对角项和强耦合特性问题,引入坐标变换,将系统模型转变为斜对角形式;将预定义时间性能函数与障碍Lyapunov函数(BLF)结合,保证瞬态和稳态的跟踪性能;利用自组织神经网络(SSNN)降低未知外部环境扰动和复杂的连续未知非线性项以及输入饱和产生的影响,以保证控制系统的跟踪精度,并且在线调整优化SSNN的神经元数目,减少控制系统的计算负担.[结果]基于Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统在预定义时间内是有界稳定的,跟踪误差始终保持在约束范围内.[结论]仿真结果表明,所提控制策略是有效的,其具有良好的跟踪性能.

    欠驱动水面舰艇预定义时间性能函数障碍Lyapunov函数自组织神经网络输入饱和预定义时间控制

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    带有状态/输入量化的无人艇航向跟踪控制

    李伟王雨宁君李志慧...
    111-118页
    查看更多>>摘要：[目的]针对水面无人艇(USV)的海上通信受限的问题,提出一种带有状态/输入量化的USV航向跟踪控制方法.[方法]基于反步法设计系统控制律,结合动态面技术降低虚拟控制律的计算量膨胀问题.对于控制系统中存在的不确定项及外界干扰,利用扩张状态观测器(ESO)进行估计.采用均匀量化器分别对控制系统中的状态变量和控制输入进行量化,且量化后的状态反馈信息仅用于跟踪控制.利用量化状态递归设计基于ESO的USV航向控制器,证明闭环控制系统中量化变量和非量化变量间误差的有界性.[结果]基于李雅普诺夫稳定性理论,提出了量化误差考量及闭环系统稳定性判定方法,严格证明了所设计的带有状态量化和输入量化的USV航向跟踪控制系统的稳定性,仿真实验验证了该控制策略的有效性.[结论]结果表明,所提方法可为USV航向跟踪控制提供借鉴.

    无人艇状态量化和输入量化量化反馈控制扩张状态观测器量化误差

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    基于改进反步滑模控制算法的拖轮自主靠泊控制

    刘佳仑董智霖李诗杰游旭...
    119-127页
    查看更多>>摘要：[目的]针对拖轮的自主靠泊控制问题,研究基于虚拟船领导的目标跟踪控制策略在拖轮自主靠泊中的应用.[方法]首先,将拖轮的自主靠泊过程转变为虚拟拖轮和实际拖轮的目标跟踪控制过程;然后,设计靠泊系统的运动学模型,考虑靠泊场景中的特殊环境干扰,使用反步法和滑模控制法(SMC)设计全回转尾推进拖轮的自主靠泊控制器,提供了 3 种不同的滑模面设计并使用李雅普诺夫函数进行稳定性验证;最后,采用仿真实验的方式,通过靠泊轨迹、速度误差和距离误差来对控制的效果进行验证.[结果]仿真实验结果表明,设计的拖轮自主靠泊控制策略以及控制器在拖轮自主靠泊场景中具有较好的效果,面对系统的不确定干扰有较好的表现.[结论]该控制策略以及靠泊控制器的适用性以及鲁棒性较好,以全新的角度实现了拖轮自主靠泊控制,为后续拖轮的靠泊控制研究提供了新的方向.

    欠驱动拖轮自主靠泊目标跟踪控制反步法滑模控制

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    基于零空间的船舶自主靠泊自抗扰控制分配

    杨凌徐海祥余文曌
    128-136页
    查看更多>>摘要：[目的]针对船舶自主靠泊过程中遇到的环境载荷、岸壁效应、模型不确定以及控制分配误差等多源干扰的影响,提出一种基于零空间的自抗扰控制(ADRC)分配方法.[方法]首先,建立船舶靠泊运动数学模型、多源干扰模型和控制分配模型,并据此设计神经网络扩张状态观测器(NNESO)实时估计船舶运动及其所受到的多源干扰;然后,引入零空间技术设计控制分配算法,并基于该方法实现先泊位外镇定再平行靠泊方案;最后,证明船舶自主靠泊系统在所提方法下所有误差信号一致最终有界,保证船舶自主靠泊过程的安全性.[结果]仿真对比结果表明,所提方法在轨迹跟踪效果与二次规划(QP)法近似的情况下,求解所需时间为其 1.3%,艏向最大分配误差为伪逆法(PI)的 36.51%.[结论]所提方法在满足靠泊运动控制精度的同时,求解所需时间明显缩短,最大分配误差显著降低,保证了控制分配的实时性与精确性.

    船舶靠泊多源干扰控制分配零空间

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    基于改进DDPG算法的无人艇自适应控制

    宋利飞许传毅郝乐郭荣...
    137-144页
    查看更多>>摘要：[目的]针对水面无人艇(USV)在干扰条件下航行稳定性差的问题,提出一种基于深度强化学习(DRL)算法的智能参数整定方法,以实现对USV在干扰情况下的有效控制.[方法]首先,建立USV动力学模型,结合视线(LOS)法和PID控制器对USV进行航向控制;其次,引入DRL理论,设计智能体环境状态、动作和奖励函数在线调整PID参数;然后,针对深度确定性策略梯度(DDPG)算法收敛速度慢和训练时容易出现局部最优的情况,提出改进DDPG算法,将原经验池分离为成功经验池和失败经验池;最后,设计自适应批次采样函数,优化经验池回放结构.[结果]仿真实验表明,所改进的算法迅速收敛.同时,在训练后期条件下,基于改进DDPG算法控制器的横向误差和航向角偏差均显著减小,可更快地贴合期望路径后保持更稳定的路径跟踪.[结论]改进后的DDPG算法显著降低了训练时间成本,不仅增强了智能体训练后期的稳态性能,还提高了路径跟踪精度.

    无人艇深度强化学习智能控制轨迹跟踪参数整定

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    基于模型预测控制的无人帆船轨迹跟踪方法

    贾金恒黄琰赵文涛孙朝阳...
    145-157页
    查看更多>>摘要：[目的]面向无人帆船在水面、水下跨域异构海洋机器人的协同作业场景,提出基于模型预测控制(MPC)的无人帆船轨迹跟踪方法.[方法]针对"海鸥"号无人帆船,建立其动力学模型及运动学模型,通过分析无人帆船动力学特点及执行器约束条件,构建MPC目标函数及系统约束条件,将无人帆船的轨迹跟踪问题转化为优化问题,并利用Matlab软件开展仿真实验验证.[结果]仿真结果表明,与"帆-舵"分离的PID轨迹跟踪控制方法相比,所提出的无人帆船"帆-舵"联合MPC控制方法更便于添加约束条件,其在风向变化的情况下能以更小的轨迹跟踪误差来更快地收敛于指定轨迹,且其可以实现逆风折线航行.[结论]研究成果可为无人帆船的帆、舵控制提供新的思路,提高其轨迹跟踪能力,进一步为无人帆船与AUV的高效协同作业提供技术保障.

    无人帆船轨迹跟踪模型预测控制帆舵联合控制Matlab

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    基于智能预测控制的鱼雷状小型无人艇轨迹跟踪研究

    翁昱曾庆军李维李昂...
    158-168页
    查看更多>>摘要：[目的]针对无人艇(USV)在狭窄湖泊、涵洞作业时存在精度保持难和航迹控制难的问题,以自主研制的一款鱼雷状小型USV为对象,提出一种轨迹跟踪智能预测控制方法.[方法]首先,构建自主研制的欠驱动USV非线性状态空间模型;然后,设计智能预测控制器,该控制器基于模型预测控制的设计思想并结合改进的粒子群算法,在线决策、优化每一时刻的性能指标并纠正预测状态;最后,开展仿真和湖试试验测试系统对参考轨迹的跟踪性能,并与线性模型预测控制器的跟踪性能进行比较.[结果]结果表明,所设计的智能预测控制器超调小、抗干扰性好.[结论]所提方法不仅能运用于鱼雷状小型USV跟踪系统,也能对其他USV跟踪系统起到很好的借鉴作用.

    无人艇轨迹跟踪智能预测控制改进的粒子群算法

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    基于相对时变跟踪点位的无人艇目标跟踪策略

    柳俊杰王健王幸汪俊...
    169-177页
    查看更多>>摘要：[目的]无人艇(USV)进行目标跟踪时,采用相对固定跟踪点位(RFTP)策略得到的参考轨迹含有拐点,导致跟踪不稳定,针对该问题提出相对时变跟踪点位(RTTP)策略以提高跟踪的稳定性.[方法]首先,使用一阶滞后滤波对目标艇艏向变化量进行处理;然后,根据滤波后的数据设计时变跟踪点位,将目标跟踪问题转化为轨迹跟踪问题,并得到参考轨迹;最后,使用模型预测控制(MPC)方法实现对目标艇的跟踪.[结果]仿真结果表明,USV在RTTP策略下的跟踪效果更稳定,跟踪距离均方根差(RMSE)下降了 28.06%,能耗降低了 5.93%,且控制量更加平稳.[结论]相比传统的RFTP策略,采用RTTP策略可有效提高USV目标跟踪的稳定性,为USV的目标跟踪提供了新策略.

    无人艇目标跟踪相对固定跟踪点位相对时变跟踪点位

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    未知扰动下的无人艇编队优化轨迹跟踪控制

    王宁刘永金高颖
    178-190页
    查看更多>>摘要：[目的]针对水面无人艇(USV)编队轨迹跟踪中存在的未知扰动和队形变化问题,提出一种基于有限时间扰动观测器的最优反步控制(FDO-OBC)方法.[方法]首先,基于虚拟结构法,建立无人艇编队控制框架,并设计运动学和动力学编队控制器;其次,设计有限时间扰动观测器,实时估计补偿未知环境扰动;然后,针对编队队形变化的轨迹跟踪问题,提出基于最优反步控制的动态轨迹优化策略,利用扰动观测器信息来计算最优控制输入,实现无人艇编队轨迹跟踪的动态优化;最后,采用李雅普诺夫稳定性理论证明该编队控制方法的稳定性.[结果]仿真对比结果表明,FDO-OBC策略可有效提高无人艇编队系统的精确性和鲁棒性.[结论]对于面向扰动环境下的无人艇编队控制系统设计,FDO-OBC方法提供了一种新的技术手段.

    水面无人艇编队控制有限时间扰动观测器最优反步

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    一种无需指定船舶位置的新型船舶大规模自主编队方法

    丁明王磊丁英王一听...
    191-199页
    查看更多>>摘要：[目的]针对船舶大规模编队通信量大、编队速度慢、不便于扩充等问题,提出一种新型的虚拟壁面编队方法.[方法]使用局部通信,根据自然规律,设定虚拟作用力驱使船舶向目标位置集合,并通过虚拟壁面调整队形,从而实现船舶编队的目的.[结果]结果表明,所提方法能够按照"就近原则"快速地完成编队,通信量低且不随编队规模而增加.通过对船舶编队的静态、动态、旋转、缩放和避障的仿真验证了这种算法的有效性.[结论]所提虚拟壁面法具有通信量低、编队速度快、扩充简单等优势,在船舶大规模编队中具有明显优势.

    船舶编队虚拟壁面法集群控制分布式控制避障

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