原文传递
基于改进LOS引导律与ESO估计漂角的无人船路径跟踪控制方法
| 论文题名： | 基于改进LOS引导律与ESO估计漂角的无人船路径跟踪控制方法 |
| 关键词： | 无人船;路径跟踪;LOS引导律;漂角估计;扩张状态观测器 |
| 摘要： | 无人船作为一种无人海洋智能运载平台,可以在海洋中承担长时间、大范围、低成本的海洋科研与工程任务,有广阔的应用前景，其中无人船路径跟踪控制技术是实现无人船海上自主作业的关键部分。但无人船是一种典型的欠驱动系统，易受到复杂海洋环境扰动的影响，同时跟踪不同类型的期望路径也将面临不同的问题，给无人船路径跟踪控制器的设计提出了更高的要求。 为解决上述问题，本文首先总结了无人船常见数学模型的种类与特点，包括三种操纵数学模型，四种响应数学模型。简单阐述了不同模型之间的区别与联系，以及各自的适用场合。分析无人船路径跟踪所需的模型信息，最终选择并建立了无人船三自由度数学模型，为后续的仿真实验奠定模型基础。 其次基于改进LOS引导律结合模糊PID航向航速控制器的间接控制方式，实现对一类由独立路径点组成的期望路径的跟踪控制。由于跟踪该类路径过程中，路径点切换会造成期望航向的突变，从而导致路径跟踪效果变差。针对该问题，利用变速控制的思想对LOS引导律进行改进，在现有LOS引导律的基础上增加变速控制律的设计，使其同时提供期望航向与期望航速，降低路径点切换时期望航向突变造成的影响。为了兼顾控制器的实用性与鲁棒性，采用模糊PID设计航向航速控制器，实现对期望航向、期望航速的精确跟踪。通过仿真与实船试验验证了所提方法的有效性。 最后考虑海洋环境扰动下一类由参数方程定义的期望路径的跟踪控制，提出一种基于扩张状态观测器估计漂角的无人船间接路径跟踪控制方法。首先区别于由独立路径点组成的路径，组成该类路径的点是连续变化的，虽然不涉及路径点切换带来的问题，但是路径曲率的大小会对路径跟踪效果产生影响。针对该问题沿用变速控制的思想，通过建立航速与曲率间的关系设计航速引导律，以降低曲率对路径跟踪的影响。其次针对环境扰动造成的漂角问题，利用扩张状态观测器实现对漂角的估计并在LOS引导律中补偿，以提高海洋扰动下的无人船路径跟踪精度。考虑海洋扰动造成的模型参数摄动以及外界扰动，采用滑模控制设计控制器跟踪期望航向、期望航速。最后通过仿真实验验证了所提方法的优越性。 |
| 作者： | 裴志远 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 戴永寿;李立刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国石油大学(华东) |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
