留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于自适应反步滑模的水面无人艇集群控制

胡建章 唐国元 王建军 解德

胡建章, 唐国元, 王建军, 解德. 基于自适应反步滑模的水面无人艇集群控制[J]. 中国舰船研究, 2019, 14(6): 1-7. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01521
引用本文: 胡建章, 唐国元, 王建军, 解德. 基于自适应反步滑模的水面无人艇集群控制[J]. 中国舰船研究, 2019, 14(6): 1-7. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01521
Hu Jianzhang, Tang Guoyuan, Wang Jianjun, Xie De. Swarm control of USVs based on adaptive backstepping combined with sliding mode[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2019, 14(6): 1-7. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01521
Citation: Hu Jianzhang, Tang Guoyuan, Wang Jianjun, Xie De. Swarm control of USVs based on adaptive backstepping combined with sliding mode[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2019, 14(6): 1-7. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01521

基于自适应反步滑模的水面无人艇集群控制

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01521
基金项目: 

中央高校基本科研业务费专项基金资助项目 2018KFYYXJJ012

中央高校基本科研业务费专项基金资助项目 2018JYCXJJ045

详细信息
    作者简介:

    胡建章, 男, 1994年生, 硕士。研究方向:舰船与水下航行体运动控制。E-mail:hujzz@qq.com

    唐国元, 男, 1973年生, 博士, 副教授。研究方向:舰船与水下航行体运动控制, 舰船机电控制系统及特种装置系统, 舰船动力装置。E-mail:tgyuan@hust.edu.cn

    王建军, 男, 1987年生, 博士, 讲师。研究方向:深海机电装备技术。E-mail:wangjianjun@hust.edu.cn

    解德, 男, 1964年生, 博士, 教授。研究方向:船舶与海洋结构物设计制造。E-mail:dexie@hust.edu.cn

    通信作者:

    唐国元

  • 中图分类号: U661.3

Swarm control of USVs based on adaptive backstepping combined with sliding mode

知识共享许可协议
基于自适应反步滑模的水面无人艇集群控制胡建章,等创作,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要:   目的  针对多艘欠驱动水面无人艇组成的集群系统控制问题,研究虚拟结构法的控制策略。  方法  首先,将集群控制问题转化成无人艇与虚拟结构之间位姿跟踪误差的镇定问题,通过改变虚拟结构的几何形状,实现集群的队形变换。然后,将集群控制器的设计分为运动学和动力学2个部分,充分考虑不确定干扰,设计欠驱动水面无人艇集群的自适应反步滑模控制器,基于李雅普诺夫理论证明闭环系统的稳定性。最后,采取直、曲线航迹航行,开展集群队形变换等仿真试验。  结果  仿真结果表明,无人艇集群的协同运作效果显著,队形变换流畅,且能够自适应应对各种不确定干扰。  结论  集群系统展现出较强的鲁棒性与灵活性,可为后续实艇试验奠定理论基础。
  • 图  1  USVs控制策略流程图

    Figure  1.  Flow chart of control strategy for USVs

    图  2  USVs队形结构与跟踪误差图

    Figure  2.  Formation structure and tracking errors of USVs

    图  3  无人艇集群航迹图(控制律1)

    Figure  3.  Formation trajectorys of USVs (control law 1)

    图  4  无人艇集群航迹图(控制律2)

    Figure  4.  Formation trajectorys of USVs (control law 2)

    图  5  无人艇航行速度(控制律1)

    Figure  5.  Velocities of USVs (control law 1)

    图  6  无人艇航行速度(控制律2)

    Figure  6.  Velocities of USVs (control law 2)

    图  7  无人艇控制输入(控制律1)

    Figure  7.  Control inputs of USVs (control law 1)

    图  8  无人艇控制输入(控制律2)

    Figure  8.  Control inputs of USVs (control law 2)

    图  9  无人艇跟踪误差(控制律1)

    Figure  9.  Tracking errors of USVs (control law 1)

    图  10  无人艇跟踪误差(控制律2)

    Figure  10.  Tracking errors of USVs (control law 2)

  • [1] 徐玉如, 苏玉民, 庞永杰.海洋空间智能无人运载器技术发展展望[J].中国舰船研究, 2006, 1(3):1-4. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2006.03.001

    Xu Y R, Su Y M, Pang Y J. Expectation of the development in the technology on ocean space intelligent unmanned vehicles[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2006, 1(3):1-4(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2006.03.001
    [2] 曹诗杰, 曾凡明, 陈于涛.无人水面艇航向航速协同控制方法[J].中国舰船研究, 2015, 10(6):74-80. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.011

    Cao S J, Zeng F M, Chen Y T. The course and speed cooperative control method for unmanned surface vehicles[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2015, 10(6):74-80(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.011
    [3] 张博, 康凤举, 阎晋屯.无人舰艇集群攻击任务规划优化模型仿真[J].计算机仿真, 2014, 31(11):24-28. doi: 10.3969/j.issn.1006-9348.2014.11.006

    Zhang B, Kang F J, Yan J T. Simulation of optimization model for attack mission planning of unmanned surface vessels cluster[J]. Computer Simulation, 2014, 31(11):24-28(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1006-9348.2014.11.006
    [4] Almeida J, Silvestre C, Pascoal A M. Cooperative control of multiple surface vessels with discrete-time periodic communications[J]. International Journal of Robust and Nonlinear Control, 2012, 22(4):398-419. doi: 10.1002/rnc.1698
    [5] Campbell S, Naeem W, Irwin G W. A review on improving the autonomy of unmanned surface vehicles through intelligent collision avoidance manoeuvres[J]. Annual Reviews in Control, 2012, 36(2):267-283. doi: 10.1016/j.arcontrol.2012.09.008
    [6] Shojaei K. Leader-follower formation control of underactuated autonomous marine surface vehicles with limited torque[J]. Ocean Engineering, 2015, 105:196-205. doi: 10.1016/j.oceaneng.2015.06.026
    [7] Shen C, Shi Y, Buckham B. Trajectory tracking control of an autonomous underwater vehicle using Lyapunov-based model predictive control[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2018, 65(7):5796-5805. doi: 10.1109/TIE.2017.2779442
    [8] Shojaei K. Neural network formation control of underactuated autonomous underwater vehicles with saturating actuators[J]. Neurocomputing, 2016, 194:372-384. doi: 10.1016/j.neucom.2016.02.041
    [9] 丁磊, 郭戈.一种船队编队控制的backstepping方法[J].控制与决策, 2012, 27(2):299-303. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/kzyjc201202026

    Ding L, Guo G. Formation control for ship fleet based on backstepping[J]. Control and Decision, 2012, 27(2):299-303(in Chinese). http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/kzyjc201202026
    [10] 宋艳荣, 王兴平, 张术东, 等.基于势函数的护卫队形控制[J].海军航空工程学院学报, 2011, 26(6):622-627. doi: 10.3969/j.issn.1673-1522.2011.06.005

    Song Y R, Wang X P, Zhang S D, et al. Safeguarded formation control via the artificial potential method[J]. Journal of Naval Aeronautical Engineering Institute, 2011, 26(6):622-627(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1673-1522.2011.06.005
    [11] Monteiro S, Bicho E. A dynamical systems approach to behavior-based formation control[C]//Proceedings of 2002 IEEE International Conference on Robotics and Automation. Washington, DC, USA: IEEE, 2002.
    [12] 赵园, 郭戈, 丁磊, 等.舰船编队的避障/避碰控制[J].信息与控制, 2012, 41(4):425-432, 438. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=xxykz201204005

    Zhao Y, Guo G, Ding L, et al. Collision/obstacle avoidance control of vessel formation[J]. Information and Control, 2012, 41(4):425-432, 438(in Chinese). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=xxykz201204005
  • 2019-6-1_en.pdf
  • 加载中
图(10)
计量
  • 文章访问数:  388
  • HTML全文浏览量:  64
  • PDF下载量:  129
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-23
  • 网络出版日期:  2019-11-21
  • 刊出日期:  2019-12-01

目录

    /

    返回文章
    返回