时变漂角下 USV 直线路径跟踪控制器设计与验证.pdf

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1、第３７卷第１１期仪器仪表学报Ｖｏｌ３７Ｎｏ１１２０１６年１１月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＮｏｖ．２０１６时变漂角下ＵＳＶ直线路径跟踪控制器设计与验证范云生，郭晨，赵永生，王国峰，史微微（大连海事大学信息科学技术学院大连１１６０２６）摘要：为了解决“蓝信”号无人水面艇在真实海洋环境中的直线路径跟踪的精确控制问题，在考虑到实际航行中存在时变漂角的情况下，设计并验证了一种基于ＬＯＳ制导算法的无人水面艇直线路径跟踪控制方法。以“蓝信”号无人水面艇的操纵运动模型及辨识的参数为基础，将ＬＯＳ制导算法与模糊自适应ＰＩＤ航向跟踪

2、控制相结合，设计了一种考虑时变漂角的无人水面艇直线路径跟踪控制器，仿真结果验证了该方法的可行性。最后，通过蓝信号无人水面艇在大连海事大学凌水校区外部海域的实船实验，验证了该方法应用在实际工程中的正确性和有效性，降低了真实海洋环境下实际航迹跟踪过程中时变漂角对航迹跟踪控制精度的影响。关键词：无人水面艇；ＬＯＳ制导算法；直线路径跟踪；时变漂角中图分类号：ＴＨ８６８ＴＰ２７３文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：５１０．８０ＤｅｓｉｇｎａｎｄｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｉｇｈｔｌｉｎｅｐａｔｈｆｏｌｌｏｗｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒＵＳＶｗｉｔｈｔｉｍｅｖａ

3、ｒｙｉｎｇｄｒｉｆｔａｎｇｌｅＦａｎＹｕｎｓｈｅｎｇ，ＧｕｏＣｈｅｎ，ＺｈａｏＹｏｎｇｓｈｅｎｇ，ＷａｎｇＧｕｏｆｅｎｇ，ＳｈｉＷｅｉｗｅｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＤａｌｉａｎＭａｒｉｔｉｍｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｐｒｅｃｉｓｅｓｔｒａｉｇｈｔｌｉｎｅｐａｔｈｆｏｌｌｏｗｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆ＂Ｌａｎｘｉｎ＂ＵＳＶｉｎｒｅａｌｍａｒｉｎｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｔｉｍｅ

4、ｖａｒｙｉｎｇｄｒｉｆｔａｎｇｌｅ，ａｓｔｒａｉｇｈｔｌｉｎｅｐａｔｈｆｏｌｌｏｗｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎＬＯＳｇｕｉｄａｎｃｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＵＳＶｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｎｄｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅＵＳＶ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄａｔａｆｒｏｍｒｅａｌｓｈｉｐｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅＬＯＳｇｕｉｄａｎｃｅａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｆｕｚｚｙｓｅｌｆａｄａｐｔｉｖ

5、ｅＰＩＤｃｏｕｒｓｅｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ，ａＵＳＶｓｔｒａｉｇｈｔｌｉｎｅｐａｔｈｆｏｌｌｏｗｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｉｍｅｖａｒｙｉｎｇｄｒｉｆｔａｎｇｌｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｖｅｒｉｆｙｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍｅｔｈｏｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｒｅａｌｓｈｉｐｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅ＂Ｌａｎｘｉｎ＂ＵＳＶｉｎｒｅａｌｍａｒｉｎｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｅａｒｅｇｉｏｎｏｕｔｓｉｄｅｔｈｅＬｉｎｇｓｈｕｉｃａｍｐｕｓ，ＤａｌｉａｎＭ

6、ａｒｉｔｉｍｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｖｅｒｉｆｙｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｉｎｒｅａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｄｅｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｉｍｅｖａｒｙｉｎｇｄｒｉｆｔａｎｇｌｅｏｎｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌａｃｃｕｒａｃｙｉｎｒｅａｌｍａｒｉｎｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｎｍａｎｎｅｄｓｕｒｆａｃｅｖｅｈｉｃｌｅ；ＬＯＳ（ｌｉｎｅｏｆｓｉｇｈｔ）ｇｕｉｄａｎｃｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ

7、；ｓｔｒａｉｇｈｔｌｉｎｅｐａｔｈｆｏｌｌｏｗｉｎｇ；ｔｉｍｅｖａｒｙｉｎｇｄｒｉｆｔａｎｇｌｅ制技术中自主运动控制的重点研究内容之一。１引言目前，国内外学者都对ＵＳＶ的航迹跟踪方法进行了［３］深入的研究，主要集中在对基于精确数学模型的直接［４］无人水面艇（ｕｎｍａｎｎｅｄｓｕｒｆａｃｅｖｅｈｉｃｌｅ，ＵＳＶ）作为一航迹跟踪控制和不依赖于船舶数学模型的间接航迹跟［５］［６］种监测海洋环境、维护海洋权益和现代化军事作战的自踪控制，并取得了一定的成果。其中，ＬＯＳ（ｌｉｎｅｏｆ［７］主水面机器人，具有广泛的应用前景，己成为国内外智能ｓｉｇｈｔ）制导算法，独立于船

8、舶模型，参