基于灰色预测的AUV水平面轨迹跟踪控制研究

为解决自主式水下航行器轨迹跟踪控制中的不确定性问题,以及在各种航向角偏差情况下,保证正确的航向和准确的轨迹跟踪问题．提出基于灰色预测的模糊自适应航向角控制系统,克服不确定性对轨迹跟踪控制的影响;以航向角偏差预测值作为轨迹跟踪方案的选择依据．通过对水下航行器S形搜索的轨迹跟踪进行仿真研究,结果证明该方法具有较好的控制效果,可以保证水下航行器在不同航向角偏差的情况下稳定、准确的进行轨迹跟踪．     

基于反馈线性化的AUV三维轨迹跟踪滑模控制

针对自主式水下航行器非线性、强耦合、模型不确定特性以及复杂海洋环境下的未知干扰问题,本文提出了基于微分几何的精确反馈线性化的滑模控制方法.利用反馈线性化方法将非线性强耦合的航行器模型转换成线性模型,减少非线性航行器带来的系统误差;设计了比例积分观测器,完成反馈线性化模型在复杂海洋环境下的受到的未知干扰的精确观测;在比例...     

一种新的AUV路径跟踪控制方法

研究了自主水下航行器(AUV)的路径跟踪问题,将跟踪控制问题分为导引和控制2部分.导引部分基于视线导引(Line of Sight)原理输出AUV的参考航向,针对AUV的参数不确定性及海流干扰等特点,航向控制器采用变结构控制律计算舵角控制输入,在此基础上,将航向控制器与路径跟踪控制器并行结合,构造了文中提出的混合型路径跟踪控制器.文章从理论上证明了控制律的稳定性,仿真结果表明,所设计的控制律可以保证AUV沿期望路径航行,路径跟踪误差快速收敛.     

基于RBF网络Q学习的AUV路径跟踪控制方法

水下回收过程中,AUV航行速度受到多种因素影响而产生变化,艉部操纵舵效随之改变,直接影响了AUV回收路径跟踪控制性能。根据AUV航行状态,采用强化学习方法对AUV控制器进行自主学习优化,能够改善AUV航向及深度响应的性能指标,提高路径跟踪控制性能。建立AUV路径跟踪导引律,设计航向及俯仰运动滑模控制器,保证系统对外扰动的鲁棒性;采用Q学习方法,根据AUV航速、跟踪误差及其变化率,对滑模控制参数进行离线训练优化,搭建RBF网络加快训练过程,避免"维数灾"现象;将训练得到的RBF-Q学习网络应用于在线控制,与传统滑模控制器进行跟踪控制对比。仿真结果验证了算法的有效性。     

编队约束下的AUV路径跟踪

研究了自主水下航行器(AUV)编队约束下的路径跟踪问题。将整个系统的误差分为2部分:①各AUV自身的跟踪误差;②AUV的编队误差;在此基础上,针对AUV的参数不确定性以及海流干扰等特点,提出了一种自适应变结构控制律,在滑动面的选取中,同时考虑了AUV的路径跟踪误差以及AUV之间的编队误差。文章从理论上证明了控制律的稳定性,并讨论了控制律实现中路径参数更新律的选取问题。仿真结果表明,所设计的控制律可以使AUV克服海流干扰,达到编队航行的目的,并且考虑编队约束时AUV相互之间的的距离误差比不考虑编队约束时的误差小。     

基于车速依赖静态输出反馈的自主汽车路径跟踪控制

本文设计了一种新的基于静态输出反馈的增益调度控制器,可使自主汽车在车速时变且状态不全可测的情况下,完成路径跟踪并保证车身的横向稳定性.为了描述时变纵向速度对汽车动力学特性的影响,首先建立了一个包含跟踪特性及横向动力学特性的速度依赖多胞体汽车模型,同时,为减少控制器设计保守性,考虑时变参数之间非独立变化关系,采用了梯形多...     

海流干扰下的欠驱动AUV三维路径跟踪控制

为解决存在海流干扰和模型不确定性情况下欠驱动自主水下航行器(AUV)的三维路径跟踪控制问题,首先在Serret-Frenet坐标系下,基于虚拟向导建立了跟踪误差模型.然后,在运动学控制器中基于李雅普诺夫(Lyapunov)理论和反步法设计具有自适应律的虚拟向导和一种改进的积分视线法(ILOS)导引律,克服了海流的干扰并减少了超调.应用反步自适应滑模控制(BASMC)理论设计动力学控制器,保证了系统的稳定性和鲁棒性.最后,应用非线性级联理论证明了整个控制系统的闭环稳定性.仿真结果表明:基于AUV与流体的相对速度来实现的控制律,便于工程应用.该控制器能够有效克服海流和模型不确定的影响,实现对三维路径的跟踪.     

高超声速飞行器动态输出反馈最优跟踪控制

采用非线性前馈加线性反馈控制结构,利用伴随法生成最优上升轨迹,设计输出反馈控制律与输出跟踪控制律,证明其有条件渐近稳定;实现高超声速飞行器上升段的最优跟踪控制,将系统能观测和不能观测部分分离,降低了对传感测量系统的要求.仿真结果表明,该组合方法能够实现高超声速飞行器的最大能量爬升,同时能够实现对最优上升轨迹的稳定跟踪.     

基于反馈增益反步法的非完整约束移动机器人路径跟踪控制

为实现非完整约束轮式机器人的路径跟踪控制,采用虚拟向导方法建立跟踪误差方程,基于李亚普诺夫稳定性理论,设计了一种基于反馈增益的反步法控制器,既能通过控制反馈增益的调节补偿机器人动态误差模型中的非线性项对系统的影响,又能避免传统反步法控制器中存在虚拟控制的高阶导数的问题。仿真结果表明:设计的控制器参数易于调节,可实现轮式移动机器人对任意曲线路径的精确跟踪。     

基于非线性反步法的欠驱动AUV地形跟踪控制

为实现欠驱动水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)的精确地形跟踪控制,设计了一种基于Lyapunov稳定性理论的非线性反步(backstepping)法控制器.基于虚拟向导的方法,结合AUV艇体的动力学特性,建立AUV垂直面地形跟踪误差方程,采用backstepping法设计地形跟踪控制器,利用Lyapunov稳定性理论分析了整个系统的稳定性.仿真实验中选择海底斜坡地形进行跟踪实验,且要求AUV相对地形保持一个恒定的高度偏差,结果表明该控制方法可实现对斜坡地形的精确跟踪.     

基于遗传模拟退火算法的水下机器人路径规划

全局路径规划是智能水下机器人(AUV)研究领域中的一个重要课题,在一定程度上它标志着水下机器人智能水平的高低,它的目标是在已知障碍物的环境中为水下机器人寻找一条从起始状态到达目标状态的无碰路径.文中提出一种基于区域分层模型的遗传模拟退火算法的全局路径规划方法,解决了在大范围海洋环境下水下机器人的路径规划问题,详细介绍了区域分层模型和遗传模拟退火算法的实现,仿真的结果证明了该算法的有效性.     

基于滚动优化原理的类车机器人路径跟踪控制

针对存在非完整约束的类车移动机器人路径跟踪问题,提出了带约束曲线拟合的路径跟踪策略。借鉴预测控制中的滚动优化原理,通过运用微分平坦方法对所规划路径进行轨迹生成,进而完成路径跟踪过程。同时,基于滚动优化原理的跟踪方式也满足了路径跟踪对实时性的要求,移动机器人在遇到未知障碍情况下能够完成主动避障动作。为验证该方法的有效性,文章最后进行了仿真实验,结果表明,类车机器人在满足执行机构约束以及几何约束的条件下,能够成功避开障碍物,并且具有良好的跟踪性能。     

基于模糊逻辑的六轮月球车路径跟踪控制

以六轮差速转向月球车样机JLUIV-6为研究对象,推导了三维环境下月球车速度运动学模型,进而得出逆运动学模型。在路径跟踪阶层,根据横向偏差和角度偏差设计了车体的偏航角速度模糊控制器,并基于路径曲率和地形崎岖程度,引入模糊修正模块来控制车体的期望速度。在执行阶层,根据控制器输出的车体期望速度和角速度,用逆运动学模型给定车轮相应的转速指令,使其跟踪车体的期望速度和角速度。最后通过ADAMS/Simulink联合仿真验证了所提方法的有效性。     

基于动态输出反馈的扩展结构大系统有机结构控制

主要研究一类在原大系统结构上又逐个地增加了新的子系统的扩展结构大系统基于动态输出反馈的有机结构控制问题。研究了在动态输出反馈条件下扩展结构大系统的数学描述方法,利用Lyapunov稳定性和线性矩阵不等式（LMI）理论给出了此类系统鲁棒关联镇定的充分条件,得到了其动态输出反馈控制器的设计方法,结合算倒对所提出方法进行了仿真研究,结果证明了该方法的有效性。     

基于跟踪微分器的加速度反馈控制

为了提高航空光电稳定平台的抗扰性的同时不增加平台成本,本文在传统平台的电流反馈、速度反馈、位置反馈系统的基础上增加基于跟踪微分器的高增益加速度反馈环节,相对于传统基于差分的加速度反馈系统,基于跟踪微分器的加速度反馈系统改善了其对噪声干扰敏感等问题。通过模拟转台,对平台进行1°、0~2.5Hz正弦扰动测试,结果表明:相对于传统速度反馈平台系统,基于跟踪微分器的加速度反馈系统,超调量减小了约4.9%,视轴稳定精度提高了至少63.4%,平台的过渡过程加快;且该伺服系统结构简单,有较好通用性和实用价值。     

基于变量反馈的最优混沌控制

根据差分方程理论,在变量反馈控制混沌方法的基础上,提出一种寻找最优反馈控制系数的方案,理论分析表明,应用该反馈系数实现对混沌系统的控制,可明显缩短控制时间,给出了对H啨non混沌系统的仿真实验结果.     

基于反馈控制策略的多智能体蜂拥控制

讨论一类带有虚拟领导者的二阶多智能体蜂拥问题. 为了避免群体的分裂, 提出对虚拟领导者进行反馈控制的蜂拥算法.假设多智能体系统中有部分数量固定的跟随者和领导者之间建立通信链路,领导者在沿着预设轨迹运动的同时, 根据此部分跟随者的状态反馈调节自身的运行速度,减小跟随者和领导者之间的跟随误差.利用该算法,即使只有部分的跟随者能够获得虚拟领导者信息,所有的跟随者的速度仍将渐近收敛到虚拟领导者的速度,跟随虚拟领导者的运行轨迹运行,最终形成稳定的群集运动.仿真了多智能体在平面上的蜂拥运动,仿真结果验证了结论的有效性.     

基于数字反馈法的波形控制技术

分析了利用数模转换器产生正弦波的基本原理, 提出了应用数字反馈法对波形幅值及波形系 数进行控制的方法, 给出了波形控制的硬件和软件设计方案.研究了探头式单片铁损测试仪的原理 及实现方法, 为了保证铁损测试仪的测试探头中次级线圈感应电压波形为正弦, 采用数字反馈法和 以ARM Co rtex-M3 CPU 为核心的STM32F103RC 微控制器对感应电压进行波形控制.试验结果 表明, 通过波形控制有效地抑制了波形失真, 保证了感应电压波形为正弦, 并且波形系数控制在 1.111 ±0 .1 %范围内, 优于国家标准GB/ T13789 -2008 规定的1 .111 ±1 %的范围, 提高了测量精度.     

基于非线性反馈控制的超混沌系统同步方法

基于反馈控制几何理论提出了一种新的超混沌系统同步方法.选择合适的光滑向量场,根据多输入多输出微分几何理论将接收系统规范化,由收发端的输出及输出的各阶导数之差构造同步误差状态方程,根据极点配置方法设计反馈控制使发送和接收系统的输出同步,从而使两个系统的部分状态或全部状态同步.以两个完全匹配的蔡氏电路单向耦合构成的6维蔡氏超混沌系统为例,研究了同步情况及其在保密通信中的应用.仿真结果证实了这种方法的有效性.     

Serret-Frenet frame based on path following control for underactuated unmanned surface vehicles with dynamic uncertainties

The path following problem for an underactuated unmanned surface vehicle(USV) in the Serret-Frenet frame is addressed. The control system takes account of the uncertain influence induced by model perturbation, external disturbance, etc. By introducing the Serret-Frenet frame and global coordinate transformation, the control problem of underactuated system(a nonlinear system with single-input and ternate-output) is transformed into the control problem of actuated system(a single-input and single-output nonlinear system), which simplifies the controller design. A backstepping adaptive sliding mode controller(BADSMC)is proposed based on backstepping design technique, adaptive method and theory of dynamic slide model control(DSMC). Then, it is proven that the state of closed loop system is globally stabilized to the desired configuration with the proposed controller. Simulation results are presented to illustrate the effectiveness of the proposed controller.