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船舶自抗扰无模型自适应航迹控制

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[目的]旨在研究船舶在真实海况下航行面临复杂环境干扰的影响,控制船舶克服干扰,实现航迹跟随、智能航行.[方法]首先,将无模型自适应控制(MFAC)算法引入自抗扰控制器(ADRC)中,设计改进自抗扰无模型自适应控制(ADRC-MFAC)算法,通过ADRC跟踪系统的实时状态、识别系统所受未知扰动,根据MFAC建立输入数据(舵角)与输出数据(航向角、角速度)之间的非线性关系,实现稳定的航向控制.然后,结合自适应视线(LOS)制导策略,通过动态航向控制实现对航迹的精准控制.[结果]仿真结果表明,所设计的控制器能够控制船舶快速航行至预设轨迹并沿轨迹行进,在复杂环境扰动下仍能够实现理想的航迹控制.[结论]研究成果不依赖船舶具体模型,可为船舶航迹控制提供参考.
Tracking control of ships based on ADRC-MFAC
[Objective]This paper aims to investigate the complex influence of environmental disturbances on unmanned surface vehicles(USVs)under real ocean conditions,and control USVs to overcome disturb-ances and realize path following.[Methods]An improved active disturbance rejection controller(ADRC)based on the model-free adaptive control(MFAC)law(ADRC-MFAC)is proposed to establish the non-linear relationship between the input data(rudder angle)and output data(heading angle,angular velocity),and identify the unknown disturbances of the system.In this way,stable heading control can be achieved.Com-bined with the adaptive line-of-sight(LOS)guidance law,it achieves accurate tracking control through dynamic heading control.[Results]The simulation results show that the controller can control USVs to approach the preset path quickly and achieve a desirable tracking control effect under complex disturbances.[Conclusion]The research results do not depend on the specific model of USV and can provide valuable references for ship tracking control.

tracking controlADRC algorithmMFAC algorithmdata-driven control

李诗杰、徐诚祺、刘佳仑、徐子茜、孟凡彬

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武汉理工大学 水路交通控制全国重点实验室,湖北 武汉 430063

中国船舶航海保障技术实验室,天津 300131

武汉理工大学 交通与物流工程学院,湖北 武汉 430063

武汉理工大学 智能交通系统研究中心,湖北 武汉 430063

国家水运安全工程技术研究中心,湖北 武汉 430063

天津航海仪器研究所,天津 300131

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航迹控制 自抗扰控制算法 无模型自适应控制算法 数据驱动控制

国家重点研发计划资助项目国家自然科学基金资助项目国家自然科学基金资助项目中国船舶航海保障技术实验室开放基金资助项目

2022YFE012520062003250522724252022010301

2024

中国舰船研究
中国舰船研究设计中心

中国舰船研究

CSTPCD北大核心
影响因子:0.496
ISSN:1673-3185
年,卷(期):2024.19(1)
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