原文传递
无人船防碰撞路径跟踪及协同控制研究
| 论文题名： | 无人船防碰撞路径跟踪及协同控制研究 |
| 关键词： | 无人船;协同控制;协同路径跟踪;避障行为;海事避碰规则 |
| 摘要： | 近年来，随着海洋资源日益被开发和利用，船舶运输越来越受到人们的重视。无人船因具有自动化程度高、小巧灵活、成本低等优点，在海洋作业中越来越受到研究人员的重视。无人船避障和协同一直是船舶远洋航行和海上作业必须考虑的问题，如何实时的避免无人船与周围静态和动态障碍物之间的碰撞，是编队控制中需要考虑的核心点之一。从保证无人船远洋航行安全和提高海上作业效率角度出发，本课题提出三种无人船防碰撞路径跟踪及协同控制方法，通过稳定性分析证明控制系统稳定性，仿真与虚拟机硬件在环仿真结果进一步证明所提控制方法的有效性。研究内容主要分为以下三部分： 第一，针对动静态碍航物下的多无人船协同路径跟踪控制问题，在运动学层次，基于视距制导原理(Light-of-Sight,LOS)设计无人船路径跟踪角速度制导律和前向速度制导律。将基于相对角度的避碰机制引入角速度制导律的设计中，提出满足避障要求的角速度制导律。在动力学层次，提出无人船线性/非线性切换扩张状态观测器，同时估计模型不确定性与环境扰动，并设计基于所提观测器的无人船抗扰控制方法。采用级联系统稳定性分析证明了闭环系统是输入状态稳定的。最后，通过Simulink仿真与虚拟机硬件在环仿真对所提方法进一步检验，证明所提方法对实现多船舶防碰撞协同路径跟踪控制的有效性。 第二，针对模型参数完全未知、海洋扰动下的多无人船防碰撞协同路径跟踪控制问题。在运动学层次，设计基于碰撞时间和有限时间微分跟踪器的角速度制导律。在动力学层次，基于并行学习方法设计两个数据驱动预估器，对未知输入增益进行在线辨识，并基于预估器的结果设计无人船的抗扰动力学控制器。采用级联系统稳定性分析证明了闭环系统是输入状态稳定的。最后，通过Simulink仿真证明了所提无人船防碰撞协同路径跟踪控制方法的有效性。并且，通过虚拟机硬件在环仿真进一步验证了所提方法在制导层上的有效性。 第三，针对基于海事避碰规则的多无人船协同路径跟踪控制问题，将海事避碰规则中三条主要避碰规则：追越、正面相遇、交叉相遇的行动规则融入协同路径跟踪制导的设计中，采用LOS制导原理设计无人船的速度制导律和航向制导律。引入恒定回避角方法(ConstantAvoidanceAngle,CAA)，实现不同会遇场景下的避碰控制。稳定性分析证明了闭环系统是输入状态稳定的。仿真结果证明所提方法对实现多船舶防碰撞协同控制的有效性。 |
| 作者： | 黄自鹏 |
| 专业： | 电力系统及其自动化 |
| 导师： | 刘陆;彭周华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
