中国舰船研究2024,Vol.19Issue(1) :280-289.DOI:10.19693/j.issn.1673-3185.03226

船舶自抗扰无模型自适应航迹控制

Tracking control of ships based on ADRC-MFAC

李诗杰 徐诚祺 刘佳仑 徐子茜 孟凡彬
中国舰船研究2024,Vol.19Issue(1) :280-289.DOI:10.19693/j.issn.1673-3185.03226

船舶自抗扰无模型自适应航迹控制

Tracking control of ships based on ADRC-MFAC

李诗杰 1徐诚祺 2刘佳仑 3徐子茜 2孟凡彬4
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作者信息

  • 1. 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
  • 2. 武汉理工大学 交通与物流工程学院,湖北 武汉 430063
  • 3. 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 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
  • 4. 中国船舶航海保障技术实验室,天津 300131;天津航海仪器研究所,天津 300131
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摘要

[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.

Abstract

[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.

关键词

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

Key words

tracking control/ADRC algorithm/MFAC algorithm/data-driven control

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基金项目

国家重点研发计划资助项目(2022YFE0125200)

国家自然科学基金资助项目(62003250)

国家自然科学基金资助项目(52272425)

中国船舶航海保障技术实验室开放基金资助项目(2022010301)

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

CSTPCD北大核心
影响因子:0.496
ISSN:1673-3185
参考文献量20
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