航向控制

摘要： [目的]为提高水面欠驱动船舶的航向跟踪性能,减小航向误差,研究一种基于有限时间扩张状态观测器(FTESO)的船舶航向滑模控制方法。[方法]首先,采用预滤波器减小船舶转向时较大的航向变化率影响,利用扩张状态观测器对时变漂角进行估计,然后通过估计出的漂角及时修正航向误差。为简化控制器设计,艏摇方向上的外部扰动和内部不确定项由观测器同时估计,并在控制器设计中进行补偿。选取含积分项的滑模面,结合FTESO设计滑模控制律,并考虑输入饱和约束,最终通过李雅普诺夫理论证明控制系统的稳定性。[结果]仿真结果显示,所研究的控制方法使水面船舶能够在较短的时间内减小航向跟踪误差并收敛至0。[结论]研究成果可为水面船舶航向跟踪控制设计提供参考。

摘要： 针对小型吊舱式无人艇航向控制系统精度问题,考虑模型中的不确定性和风、浪干扰等未知项,设计一种基于RBF神经网络和迭代滑模算法的自适应控制器。在建立吊舱式无人艇运动数学模型基础上,采用迭代滑模算法提高收敛时间,并通过RBF神经网络权值逼近模型参数不确定项和未知扰动,最终将该算法与迭代滑模算法进行仿真比较。结果表明,所提出的自适应控制算法可减弱迭代滑模抖振现象,提高收敛速度和航向控制精度,满足无人艇对航向偏差控制的要求。

摘要： 针对欠驱动水质检测船在外界风、浪扰动以及模型系统存在不确定性参数的情况下,存在直线路径跟踪航向偏离及航向偏差修正速度慢的问题,提出采用有限时间控制理论设计航向控制系统。首先建立欠驱动水质检测船航向控制的数学模型,将复杂非线性的航向控制简化为一个二阶系统,简化了设计复杂度;然后基于齐次性理论设计有限时间航向控制律,通过分数幂提高系统的收敛速度与鲁棒性,结合扩展状态观测器对误差扰动进行估计,提高了控制性能。仿真结果表明,采用有限时间航向控制的水质检测船可将航向角误差控制在0.1°,有效增强了水质检测船的抗干扰能力,保证了作业路径跟踪精度。

摘要： 模糊控制作为解决无人艇航向控制问题的有效方法,其固定的模糊规则和论域往往无法满足控制系统高精度要求。对此,提出了一种基于变论域理论的无人艇航向模糊控制策略。首先,建立了无人艇非线性数学模型,设计了非线性控制器;其次,根据常规模糊控制理论利用伸缩因子调整论域,伸缩因子的确定结合了函数和模糊控制思想,提高了模糊规则的适用范围,达到了自适应效果;最后,分别在无环境干扰和有环境干扰两种情况下,对比分析了常规控制、模糊控制、变论域模糊控制3种控制策略的航向跟踪效果。实验结果表明,将变论域模糊控制策略应用于无人艇的航向控制可以取得较好的效果,提高了系统的控制精度和自适应能力。

摘要： 船舶机电设备故障是指船舶在航行或靠离泊操作过程中,由于船舶机电设备及其附属系统的异常而导致船舶操纵能力受限的状态,但不包括船舶搁浅、渔网缠绕等外界因素而导致的船舶动力输出或舵机转向困难。船舶发生机电设备故障时,因航行动力或航向控制能力受到限制,极易发生搁浅、碰撞甚至倾覆,不仅会危及船舶自身安全,还会对他船和通航环境造成极大的影响。

摘要： 精准的航向运动控制以及较强的抗干扰能力是水下机器人能够较好地完成水下作业的前提,提高水下机器人的运动控制能力具有重要的研究意义。以遥操作水下机器人为研究对象,展开以下研究工作:根据ROV控制执行机构特点简化系统运动控制模型,采用PID控制方法设计遥操作水下机器人航向控制器,并完成运动控制仿真实验,分析试验结果并验证仿真实验的准确性,引入设计的航向PID控制器分3次进行控制水池试验,依次为参数未整定前水池试验、第一次参数整定后水池试验以及第二次参数整定后水池试验,3次试验结果与仿真实验对比分析验证了所设计的航向PID控制器的可行性和合理性,且能够较好地完成遥操作水下机器人的航向控制任务,但相比于仿真实验下理想的水下环境,在实际的水下环境中还需对控制器的参数进一步调整。

摘要： 水下滑翔机航向控制的精度对海洋目标观探测具有重要意义。现有的水下滑翔机航向控制技术以比例-积分-微分(proportional-integral-derivative, PID)为主。为保证水下滑翔机按照预期轨迹运动,PID控制器参数需要反复设定和调整,很难达到快速准确的控制效果。针对该问题,提出了一种基于径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络的参数自整定PID航向控制方法。首先建立水下滑翔机水平面内运动模型,然后构建了RBF神经网络结构,并通过梯度下降法给出了神经网络参数以及PID参数的迭代公式。仿真结果表明,该方法相较于常规PID控制方法能在较短的时间内收敛,控制系统精度较高,同时控制器参数能够快速自整定。为今后的水下滑翔机航向控制器提供了设计参考。

摘要： 应用滑模变结构控制方法设计了一种简单高效的船舶航向控制器.为解决滑模变结构控制器方法中的收敛速率慢和抖振强的难题,提出一种分段式双幂次趋近律.数学验证表明提出的趋近律的收敛速率更快.同时,在未知海况干扰下为使控制器时刻保持在最佳状态,引入RBF神经网络对控制器参数实施在线估计,增强自适应性.仿真结果表明:分段式双幂次趋近律削弱抖振效果明显,基本无抖振;依此方法设计的控制器对外界风浪干扰有更强的鲁棒性.

摘要： 无人机的安全滑跑是整个飞行任务的基础,也是其重复使用的重要前提.以前三点式无人机为研究对象,重点研究了滑跑阶段的安全保护策略以及航向保持控制律.首先对滑跑过程中最常见的侧翻现象进行建模,并通过侧翻试验验证了模型的正确性.然后基于侧翻模型提出了预防侧翻的安全边界,并设计了侧翻保护系统.其次,通过试验辨识出前轮转角对航向角速度的传递函数,在此基础上设计了滑跑航向控制律,并改变了操纵手的航向操控模式.最后,滑跑试验结果表明,带有侧翻保护功能的滑跑航向控制系统能够有效完成无人机的滑跑任务.

摘要： [目的]为处理水面船舶航向控制过程中受到的非零漂角和输入饱和影响,提出一种基于反步法的航向控制方法.[方法]首先,利用相对速度求出实际漂角,再通过漂角对航向角误差进行修正;然后,采用一种预滤波方法减小航向改变时对航速变化的影响,同时引入双曲正切函数和Nussbaum函数逼近输入约束,结合自适应律对逼近误差和艏摇方向上的扰动进行估计;最后,借助指令滤波器简化反推过程,并通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性.[结果]仿真结果表明,所提控制器有效减小了水面船舶的航向输出误差,且能始终保持较小的控制输入力矩.[结论]研究成果可为水面船舶航向控制设计提供参考.

摘要： 为了实现对高速操纵下AUV的高精度和快速响应的鲁棒控制,引入双幂次趋近律来设计滑模控制器,保证系统状态在整个状态空间内对参数摄动和外界干扰的不变性,并提高控制系统的响应速度,降低抖振.设计自适应超螺旋干扰观测器对干扰进行在线估计,来补偿参数摄动、环境作用等有界干扰对AUV运动产生的影响,提高控制的精度.考察无干扰环境、正弦干扰环境和存在海流干扰三种情况,针对AUV航向控制系统,进行Simulink仿真;通过比较和分析,所提出方法的有效性得到了验证.

摘要： 船舶航向控制器设计一直是船舶运动控制的重要研究课题之一，它与船舶航行的经济性、安全性和舒适性密切相关。由于船舶的动态具有大惯性、大时滞和非线性等特点，且受模型参数摄动以及船舶运动中风、浪、流等外界干扰的影响，使得控制器的设计成为一个复杂的问题。研究船舶航迹跟踪控制问题，采用自适应模糊控制方法，设计船舶航迹跟踪控制器。应用Matlab仿真工具以一条模型船为对象，对设计的控制器进行计算机仿真研究。仿真结果表明:船舶实际航迹能够跟踪期望航迹，达到满意的效果，验证所设计控制器的有效性。

摘要： 环量控制尾梁和喷气舵是无尾桨直升机航向控制系统的两个关键部件。本文利用CFD软件建立了环量控制尾梁的二维分析模型，研究其主要参数对气动特性的影响；根据动量理论建立了气流在尾梁内部流动的分析模型，研究了气流在尾梁内部的能量变化和喷气舵喷口面积对侧向力的影响。最后，综合分析了环量控制尾梁的缝隙宽度、数量和喷气舵喷口面积对航向控制系统需用功率的影响。

摘要： 为提高水下机器人运动控制品质,本文将PID控制与模糊逻辑控制相结合.PID控制器作用于被控对象,控制器中的比例、微分、积分因子通过模糊逻辑方法得到.将所设计控制器应用于某水下机器人的航向控制,仿真结果和模型试验结果表明,所设计的控制器从响应速度和精度方面都达到了良好的控制效果.

摘要： 为了使水下试验平台在定向控制时具有较快的响应速度和较高的精度,利用模糊控制理论设计模糊PID控制器.在设计中讨论了模糊PID控制器的结构和PID参数的整定方法,同时在MATLAB中对模糊PID控制器和PID控制器进行了仿真.通过比较两种控制的仿真结果,表明了模糊PID控制无论在响应速度、超调量还是在稳定误差等方面均优于PID控制.

摘要： 船舶加装风帆后的操纵性是风帆助推船设计的重要研究内容.首先,结合MMG操纵运动数学模型特点,建立了风帆助推船舶计及横摇在内的四自由度操纵运动数学模型;在此基础上,对PID控制下的风帆助推船舶直航运动进行了仿真研究;最后,以加装风帆后的最大航行速度为目标函数,得到所研究绝对风向角范围内经操纵面设计后的帆-舵联合操纵策略.研究结果表明:基于帆-舵联合控制优化,可使船舶航向控制稳定性得到改善的同时,最大航速也提高约7.3％.数学模型中的船体/桨/舵各水动力系数及相互干扰因子基于经验公式获得,帆/船整体气动力由基于滑移交界面的CFD方法预报获得.本研究工作,可为后续加装多帆助推的船舶设计提供技术指导.

摘要： 给出了水下机器人水动力系数的估计方法。利用估计出来的水动力系数建立了适合水下机器人航向控制器设计的数学模型；基于建立起来的数学模型，利用现代H∞控制原理设计了水下机器人的H∞航向控制器。将设计的H∞航向控制器用于水下机器人的水池试验。水池试验结果表明，基于估计出来的水动力系数设计的H∞航向控制器是有效的，并且具有较高的控制精度，具有良好的鲁棒性和抗干扰性。

摘要： 470级帆船项目是在一定水域内遵循比赛规则竞速双人艇项目,在实际比赛环境中风况(风力、风向)是经常发生变化,但是比赛的标点是固定的,为了在比赛中获得好成绩,需要运动员科学有效的控制运动帆船的航向.舵是帆船一个重要附体,帆船通过偏转舵角控制帆船转向以及横移,舵在470级帆船航行、偏转、绕标等过程中发挥了重要作用.

摘要： 470级帆船项目是在一定水域内遵循比赛规则竞速双人艇项目,在实际比赛环境中风况(风力、风向)是经常发生变化,但是比赛的标点是固定的,为了在比赛中获得好成绩,需要运动员科学有效的控制运动帆船的航向.舵是帆船一个重要附体,帆船通过偏转舵角控制帆船转向以及横移,舵在470级帆船航行、偏转、绕标等过程中发挥了重要作用.

摘要： 470级帆船项目是在一定水域内遵循比赛规则竞速双人艇项目,在实际比赛环境中风况(风力、风向)是经常发生变化,但是比赛的标点是固定的,为了在比赛中获得好成绩,需要运动员科学有效的控制运动帆船的航向.舵是帆船一个重要附体,帆船通过偏转舵角控制帆船转向以及横移,舵在470级帆船航行、偏转、绕标等过程中发挥了重要作用.

摘要： 本发明涉及机动车自适应巡航控制系统的控制，其中，所述控制系统的计算机经由CAN总线接收设置点速度值和来自设备仪表板计算机的关于速度单位的信息。根据本发明，在巡航控制系统被致动时接收的关于速度单位的信息被存储在存储器中(S

摘要： 飞翼布局的横航向控制系统及横航向控制方法。对于飞翼布局的飞机，当由于却掉了立尾和平尾，飞行效率显著提高、同时具有低的可探测性能，但其横航向的控制能力较差，现有采用差动襟副翼、全动翼梢、机翼内外侧扰流板等飞翼布局的横向控制方法控制效率低下、操纵复杂，因而机动性较差，制约了飞翼布局飞机的发展和使用。本发明的组成包括:飞翼布局飞机（1），可活动的机头舵面（2），所述的可活动机头舵面是扁平形机头，所述的可活动机头舵面与所述的飞翼布局飞机的机体通过内部驱动机构连接。本发明用于飞翼布局飞机的横航向控制。

摘要： 本发明提出了一种基于期望航向修正的欠驱动船舶航向控制方法，从为方便控制设计进行简化数学模型描述开始，利用漂角对期望航向进行重新定义，修正欠驱动船舶动力学模型。针对存在于艏摇方向的干扰，利用非线性干扰观测器对其进行估计处理，为保证跟踪性能基于反步法设计航向控制器，并与观测器结合构成完整控制系统，控制算法可改善欠驱动船舶航向运动的控制性能，有效减少航向误差。

摘要： 本发明公开了一种非线性船舶航向控制方法及控制系统，以包括连续性方程、动量方程、物态方程在内的流体力学控制方程组为基础，结合船舶航向、舵角的运动方程和状态方程，用二次多项式拟合的方法建立船舶航向舵角的高阶非线性数学模型，然后运用滑模变结构控制理论，求取合适的切换面和稳定的滑模运动方程，把船舶航向舵角的非线性数学模型当作一类仿射非线性系统，求解船舶航向舵角的非线性数学模型的滑模变结构控制器结构，以实现对船舶航向和舵角两个状态变量的同时控制。本发明能同时较好地对航向角和舵角两个状态变量进行控制，响应快、超调小和鲁棒性强。

摘要： 本发明提供的是一种基于航向与回转率协调控制策略的气垫船航向控制方法。包括航向-回转率协调控制模块、比较器和航向控制器；航向-回转率协调控制模块，通过协调控制策略，根据回转率的界限和当前的实际航向角计算出当前时刻的期望航向角；比较器将期望航向角与实际测得的航向值进行比较得到航向偏差；航向控制器根据航向偏差计算得到控制指令，从而使气垫船所受力矩改变，达到设定回转率。本发明在完成航向控制的同时又能实现对回转率的限制，避免了由于航向控制器与回转率控制器之间的切换造成的系统不稳定，降低了航向-回转率协调控制器的复杂程度。

摘要： 飞翼布局的横航向控制系统及横航向控制方法 。对于飞翼布局的飞机，当由于却掉了立尾和平尾，飞行效率显著提高、同时具有低的可探测性能，但其横航向的控制能力较差，现有采用差动襟副翼、全动翼梢、机翼内外侧扰流板等飞翼布局的横向控制方法控制效率低下、操纵复杂，因而机动性较差，制约了飞翼布局飞机的发展和使用。 本发明的组成包括 : 飞翼布局飞机（ 1 ），可活动的机头舵面（ 2 ），所述的可活动机头舵面是扁平形机头，所述的可活动机头舵面与所述的飞翼布局飞机的机体通过内部驱动机构连接。本发明用于飞翼布局飞机的横航向控制。

摘要： 本发明提出了一种基于期望航向修正的欠驱动船舶航向控制方法，从为方便控制设计进行简化数学模型描述开始，利用漂角对期望航向进行重新定义，修正欠驱动船舶动力学模型。针对存在于艏摇方向的干扰，利用非线性干扰观测器对其进行估计处理，为保证跟踪性能基于反步法设计航向控制器，并与观测器结合构成完整控制系统，控制算法可改善欠驱动船舶航向运动的控制性能，有效减少航向误差。

摘要： 本发明提供的是一种应用于气垫船航向控制与横倾控制的解耦控制装置及方法。微分跟踪器用于实现对目标信号及其各阶微分信号的光滑逼近，扩张状态观测器用于实际航向和橫倾的观测并对外界扰动进行补偿，比较器用于得到航向偏差和横倾偏差，航向控制器用于得到航向通道控制指令，横倾控制器用于得到横倾通道控制指令，解算模块将两个通道的控制指令解耦出来，分别用于执行机构空气舵和艏喷管的控制。具有结构简单，思路清晰，结果明显等特点。利用状态观测器对系统的扰动进行估计并加以补偿，大大增加了其应用的范围。

摘要： 本发明提供无人艇航向控制方法、控制器、自动舵以及无人艇，实现对无人艇航向PD控制系统的在线调整优化，使控制系统具备自适应能力。方法包括：步骤1.构建适用于无人艇高速航行的二阶非线性响应模型；步骤2.搭建航向控制系统仿真平台，并调试出控制参数；步骤3.将PD控制器优化为模糊自适应PD控制器；步骤4.根据实际无人艇航向控制系统应用范围和控制精度要求，设计适用于无人艇航向控制的模糊控制器输入、输出以及相应的模糊论域及量化因子；步骤5.对无人艇的航向偏差和偏差变化率以及控制参数优化量进行模糊化处理，设计模糊控制器的输入输出模糊化变量的三角型隶属度函数；步骤6.设计无人艇航向控制过程的模糊优化方法。

摘要： 本发明提出一种基于横滚自抗扰控制的飞翼布局水下滑翔机航向控制方法，针对飞翼布局水下滑翔机的横滚运动和偏航运动表现出强烈的耦合性，且航向控制具有欠驱动特性，以水平差动舵作为执行机构设计自抗扰控制器，该控制器可以根据差动舵角对横滚通道模型的影响，实现飞翼布局水下滑翔机横滚角精确控制，并具有一定的抗干扰能力，配合基于横滚角切换的航向控制策略，实现航向欠驱动控制。