虚拟锚泊神经网络模糊滑模控制器的设计

针对虚拟锚泊浮标在目标点位置难以进行锚泊的问题,设计了一种神经网络模糊滑模控制器。通过引入虚拟锚泊圆,将在锚泊点一定范围内虚拟锚泊的问题转变为对虚拟锚泊圆进行路径跟踪的问题,应用Fossen矩阵建立虚拟锚泊浮标动力学模型,采用Serret-Frenet坐标变换和重新定义输出变量,将单输入多输出非线性系统转变为单输入单输出非线性系统,进而构建滑模控制器,采用模糊算法对滑模开关量进行在线调整,削弱滑模控制器的"抖振",采用神经网络对滑模控制器进行优化,摆脱对系统模型的依赖性,提高控制器的鲁棒性,并对该控制器进行仿真实验和分析,结果表明该控制器具有很好的虚拟锚泊性能。     

基于改进Super-Twisting滑模与干扰观测器AUV控制方法

以X 舵智能水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)为研究对象,提出了一种改进 Super-Twisting 滑模与非线性干扰观测器结合的 AUV 控制方法。首先,对 AUV 进行了运动学、动力学以及 X 舵分配进行了建模;之后,按照 Super-Twisting 理论设计了 AUV 控制器;然后,考虑到原算法中符号函数引起的控制输出抖振现象,提出了基于 Sigmoid 函数的改进 Super-Twisting 控制器,考虑到未建模动态以及外部环境干扰,设计了非线性干扰观测器对集总干扰进行补偿;最后,通过仿真验证了所提控制器的有效性。仿真表明,在干扰影响条件下,所提方法能够在大幅降低输出抖振并保证良好的控制精度。     

基于扰动观测器的非奇异模糊滑模无人船编队控制

针对含有模型参数不确定性、外界干扰与抖振现象的无人船编队问题，提出了一种基于扰动观测器的非奇异模糊终端滑模编队控制方法。首先，将领航者–跟随者与人工势场法相结合，获得无人船的编队构型并保证无碰撞现象；其次，基于 Lyapunov 能量函数设计出模糊控制规则，消除了控制器中的抖振问题； 进而，提出了一种扰动观测器来补偿未知动态和外界干扰，增强了系统的鲁棒性和稳定性。通过理论分析和仿真结果验证了所提控制方法的有效性。基于所设计的编队控制方法，无人船最终可形成期望的编队构型。     

水声信号的一种非线性降噪方法

采用基于非线性动力学系统的局部投影非线性降噪理论,研究了水声信号的非线性降噪问题,并对传统的局部投影算法进行了改进.采用自适应调整邻域大小的方法,改善了传统局部投影算法的邻域选择问题;利用局部投影算法中局部协方差矩阵存在特征值突变的现象,有效地解决了信号子空间和噪声子空间的划分难题.以Henon混沌时间序列为仿真模型,对传统的局部投影算法,以及改进后的算法的降噪性能进行了验证比较,结果表明,改进后的算法更加有效地抑制了噪声.     

UUV编队自适应协同跟踪控制研究

近年来,水下无人航行器(简称 UUV)在海洋资源勘测开发、海洋生态监测以及军事、经济、 社会等领域均有广泛应用,多 UUV 的编队控制成为国内外水下无人航行器研究的热点。首先给出了简化的三自由度 UUV 数学模型,然后通过平面直线的 Serret-Frenet 方程,建立 UUV 路径跟踪误差模型。通过运用领航者–跟随者方法构建 UUV 的编队控制模型,引入滑模控制的方法,对跟随者 UUV 的控制器进行设计,最终稳定地形成预设的编队。     

带乘性噪声的一类非线性系统的滤波算法

针对带乘性噪声的一类非线性系统,给出了1种带单重渐消因子的强跟踪状态滤波算法。该算法将非线性系统线性化后,采用了线性最小方差估计方法来进行状态估计,通过运用正交原理和引入渐消因子,使得滤波效果具有强跟踪的优良性能。该算法扩展了卡尔曼滤波在带乘性噪声非线性系统状态估计中的应用范围。仿真结果表明了该算法的有效性。     

拖缆动力学离散化计算的后处理方法研究

拖缆的计算一般都是将拖缆离散化,建立非线性的动力学平衡方程组,通过龙格库塔法、Newton-Raphson迭代法等方法对非线性方程组进行求解.本方法是先将拖缆离散成若干段,列出离散段节点处的水动力学方程,并进一步建立节点处关于角加速度的线性平衡方程组,通过对角加速度的求解计算来解决拖揽的动力学问题.在计算过程中,将拖揽节点处关于角度的非线性问题转化为角加速度的线性问题,简化了求解非线性方程组的计算过程,避免了非线性方程组迭代求解中的初始点问题.     

水下平板与波浪相互作用完全非线性数值模拟(英文)

利用完全非线性数值波浪水槽技术研究水下平板与波浪的相互作用。假定水下平板厚度极薄、刚性,位于有限水深并且非常接近自由水面。应用四阶龙格库塔方法追踪每一时刻的波面形状,采用阻尼层来吸收反射波以保证算法的稳定性,同时引入平滑和重组的方法抑制自由表面控制点的较高梯度。通过对波浪与浮动圆柱相互作用的数值模拟证实了数值波浪水槽方法的有效性,计算结果与线性理论吻合良好。在波浪数值水槽方法中引入造波板模拟波浪产生并与水下平板发生相互作用,应用傅立叶解析方法对波面变形、波浪力作了分析。结果表明在板非常接近自由水面的情况下会表现出现很强的非线性,揭示了线性理论的局限性。     

移动机器人定点目标控制的线性分解方法

研究移动机器人的定点目标控制问题。针对移动机器人的非线性模型提出一种线性分解控制方法。根据移动机器人的结构特性,将移动机器人的运动控制过程从时间上分解为原地旋转控制和直线运动控制2个阶段,从而实现了非线性系统的线性解耦分解。根据线性分解模型,分别设计了原地旋转和直线运动的控制算法。理论分析表明,利用线性分解控制方法可以方便地实现移动机器人有限时间定点目标控制。     

带乘性噪声附等式约束的非线性系统滤波算法

随着控制理论与计算机的飞速发展,非线性滤波已在各领域得到广泛应用。本文针对一类带乘性噪声附等式约束非线性系统,提出了一种状态滤波算法。该算法首先将状态方程和观测方程分别通过泰勒公式展开,得到新的带乘性噪声附等式约束的线性系统模型,然后通过最优观测的方法将观测方程扩维,再基于投影定理进行求解得到滤波算法,最后通过仿真验证了算法的有效性。