中国舰船研究2024,Vol.19Issue(1) :75-83.DOI:10.19693/j.issn.1673-3185.02989

变输出无模型自适应无人艇艏向控制方法分析

Variable output model-free adaptive heading control method for unmanned surface vehicle

廖煜雷 陈聪聪 杜廷朋 王博 李晔
中国舰船研究2024,Vol.19Issue(1) :75-83.DOI:10.19693/j.issn.1673-3185.02989

变输出无模型自适应无人艇艏向控制方法分析

Variable output model-free adaptive heading control method for unmanned surface vehicle

廖煜雷 1陈聪聪 1杜廷朋 2王博 1李晔1
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作者信息

  • 1. 哈尔滨工程大学 水下机器人技术重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学 三亚南海创新发展基地,海南 三亚 572024
  • 2. 哈尔滨工程大学 水下机器人技术重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001
  • 折叠

摘要

[目的]针对无人艇(USV)艏向控制存在模型摄动、外部干扰等不确定性问题,提出一种适用于USV的改进无模型自适应控制(MFAC)方法.[方法]基于USV艏向控制子系统存在非自衡特性,直接使用紧格式MFAC方法讨论USV的艏向控制子系统在不确定影响下的控制问题.在标准控制准则中引入历史输入项,提出一种变输出紧格式MFAC方法,削弱USV艏向控制子系统中存在的积分作用.最后,开展艏向控制仿真实验以及"海豚IB"小型USV的外场试验验证所提方法的有效性.[结果]结果显示,相比标准紧格式MFAC方法和PID方法,变输出紧格式MFAC方法的USV艏向控制更加稳定.[结论]所做研究可为USV提供一种对环境扰动、模型摄动等影响不敏感、具有较好自适应性及鲁棒性的艏向控制算法.

Abstract

[Objective]Aiming at the uncertainty of model perturbation and external interference in un-manned surface vehicles(USVs),an improved model-free adaptive control(MFAC)method suitable for the heading control of USVs is proposed.[Methods]Based on the existence of non-self-balancing characterist-ics in the heading control subsystems of USVs,this study directly discusses the control problem of the head-ing control subsystems of USVs under uncertain influences using the compact form dynamic linearization-based MFAC(CFDL-MFAC).The historical input items are introduced into the standard control criteria,and a variable output CFDL-MFAC(VCFDL-MFAC)is proposed to weaken the integral effect existing in the head-ing control subsystems of USVs.Finally,the simulation of USV heading control using the proposed method is carried out and a field-test with regard to validity for operation on board a Dophin IB small USV is con-ducted.[Results]The results show that compared to the standard CFDL-MFAC method and PID method,the heading control of the VCFDL-MFAC method is more stable.[Conclusions]This study can provide a USV heading control algorithm with good adaptability and robustness that is insensitive to environmental dis-turbances and model perturbations.

关键词

无人艇/无模型自适应控制/艏向控制/非自衡特性/变输出

Key words

unmanned surface vehicle/model-free adaptive control/heading control/non-self-balancing characteristic/variable output

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基金项目

国家自然科学基金资助项目(52071097)

海南省自然科学基金资助项目(522MS162)

黑龙江省优秀青年科学基金资助项目(YQ2020E026)

出版年

2024
中国舰船研究
中国舰船研究设计中心

中国舰船研究

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:0.496
ISSN:1673-3185
参考文献量24
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