中国舰船研究2024,Vol.19Issue(1) :264-271.DOI:10.19693/j.issn.1673-3185.03397

基于动态规划制导的无人艇自主回收控制方法

Autonomous recovery control method for USV based on dynamic programming guidance

郭文轩 李子豪 唐国元 王泉斌 孙江龙 马杰 乔瑜
中国舰船研究2024,Vol.19Issue(1) :264-271.DOI:10.19693/j.issn.1673-3185.03397

基于动态规划制导的无人艇自主回收控制方法

Autonomous recovery control method for USV based on dynamic programming guidance

郭文轩 1李子豪 1唐国元 1王泉斌 2孙江龙 1马杰 3乔瑜4
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作者信息

  • 1. 华中科技大学 船舶与海洋工程学院,湖北 武汉 430074
  • 2. 中国舰船研究设计中心,湖北 武汉 430064
  • 3. 华中科技大学 人工智能与自动化学院,湖北 武汉 430074
  • 4. 华中科技大学 能源与动力工程学院,湖北 武汉 430074
  • 折叠

摘要

[目的]针对欠驱动无人艇(USV)自主回收的需求,提出一种基于动态规划制导的跟踪控制方法.[方法]在运动学层面,将平行接近制导(CB)与动态窗口算法(DWA)相结合,引导USV实现目标跟踪与动态避障;在动力学层面,针对模型参数及回收环境的不确定性,采用径向基函数神经网络(RBFNN)设计动力学滑模控制器,实现对制导输出的跟踪控制.随后,采用 Lyapunov理论对系统的稳定性进行分析.[结果]仿真结果表明,所提方法使USV具备了稳定跟踪性能,可有效规避回收过程中的动态障碍,并能自适应估计模型中的不确定因素和未知的环境干扰.[结论]所提方法展现出较强的鲁棒性与灵活性,可为USV在动态环境下的回收进行制导与目标跟踪提供参考.

Abstract

[Objective]This paper presents a tracking control method based on dynamic programming guid-ance to address the challenges presented by the autonomous recovery of underactuated unmanned surface vehicles(USVs).[Methods]At the kinematic level,constant bearing approach(CB)guidance is combined with a dynamic window algorithm(DWA)to guide the USV in achieving target tracking and dynamic obstacle avoidance.At the dynamic level,considering the uncertainties in the model parameters and recovery environ-ment,a radial basis function neural network(RBFNN)is employed to design a dynamic sliding mode control-ler for the tracking control of the guidance output.Finally,the stability of the system is analyzed using Lya-punov theory.[Results]The simulation results demonstrate that the proposed method enables the USV to exhibit stable tracking performance,effectively avoid dynamic obstacles during the recovery process and ad-apt to uncertain factors in the estimation model and unknown environmental disturbances.[Conclusion]The proposed method exhibits strong robustness and flexibility,providing valuable references for the guidance and target tracking of USVs during recovery in dynamic environments.

关键词

欠驱动无人艇/平行接近制导/动态窗口法/神经网络/滑模控制

Key words

underactuated unmanned surface vehicle/constant bearing guidance/dynamic window ap-proach/neural networks/sliding mode control

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基金项目

"慧眼行动"创新成果转化应用资助项目(626020204)

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13
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