欠驱动水面机器人的有限时间镇定控制
二阶系统有限时间控制方法综述
二阶系统有限时间控制方法综述
姜博严;李佳玲;李传江;姚文卿
【期刊名称】《控制理论与应用》
【年(卷),期】2024(41)5
【摘要】相比于传统且经典的比例–积分–微分(PID)控制,带有指数参数的有限时间控制方法具有更好的控制性能,因而引起广泛的关注和研究.本文首先从方法设计和稳定性分析角度,对现有主流有限时间控制方法进行整理和归纳,将其分为17种有限时间状态反馈控制方法及6种有限时间输出反馈控制方法.其次,以一类具有普遍和基础性的二阶系统为例,统一变量和参数,给出了每种控制方法对应的控制器的显式结构.然后,通过原理分析和比较分析,对每种控制方法的优点及不足之处进行了总结,尤其是给出了终端滑模控制具有“控制奇异与收敛时间矛盾性”的结论,以及指出了一些方法存在较大保守性的问题.最后,通过列表的方式展示了所有有限时间控制方法的优缺点及值得进一步深入研究的课题.
【总页数】29页(P769-797)
【作者】姜博严;李佳玲;李传江;姚文卿
【作者单位】常州工学院电气信息工程学院;河海大学物联网工程学院;哈尔滨工业大学航天学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
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不确定非完整轮式移动机器人的运动控制研究
不确定非完整轮式移动机器人的运动控制研究非完整轮式移动机器人（wheeled mobile robot,WMR）是典型的多输入多输出耦合欠驱动非线性系统, 其运动控制问题极具挑战性。
轮式移动机器人大多工作在复杂未知环境之下, 容易受到多种不确定性和扰动的综合影响, 因此, 解决复杂不确定下非完整轮式移动机器人的运动控制问题意义深刻且现实需求迫切。
本文研究了轮式机器人包含定位不确定性、参数和非参数不确定性、侧滑和打滑干扰等情形下的运动控制策略, 探讨了非完整单链系统的有限时间控制以及力矩受限下轮式移动机器人的动力学控制。
主要的研究成果包括: （1）研究了定位不确定的轮式移动机器人路径跟随问题, 提出一种基于改进遗传算法优化自适应扩展卡尔曼滤波的全局一致渐进稳定控制器。
（2）提出了一类n维不确定非完整单链系统的鲁棒有限时间镇定控制律。
通过不连续变换将原系统分解为1阶和n-1阶两个解耦的独立子系统, 对1阶子系统采用分段控制策略解决不连续变换引起n-1阶子系统奇异问题, 保证控制律的全局性, 对n-1阶子系统采用反演（backstepping）设计方法, 降低设计复杂度, 设计过程基于有限时间Lyapunov理论, 保证系统的有限时间稳定。
（3）研究了本体动力学模型包含参数和非参数不确定性的轮式移动机器人轨迹跟踪问题, 提出基于自适应反演滑模控制的全局渐进稳定饱和控制方案。
通过运动学输入-输出非线性反馈和动力学输入变换, 建立包含系统总体不确定性项的线性模型, 采用一种动态调整机制实现控制输入饱和约束, 基于幂次趋近律提高了滑模控制的平滑性和快速性, 自适应估计总体不确定性的上界有效削弱了滑模控制的抖振现象。
（4）提出了执行器动力学模型包含参数和非参数不确定性的轮式移动机器人轨迹跟踪与镇定统一控制方法。
通过backstepping分别设计系统的运动学、本体动力学和执行器动力学控制器, 运动学控制器引入了时变控制量, 使跟踪误差模型用于镇定控制时不存在奇异, 本体和执行器动力学控制器分别采用带鲁棒项的强化学习自适应模糊控制补偿系统的复杂不确定性, 采用非线性跟踪-微分器避免了backstepping过程的“计算膨胀”, 闭环系统为最终一致有界收敛。
水下机器人欠驱动控制技术概述
水下机器人欠驱动控制技术概述
吴海波;孙玉山
【期刊名称】《黑龙江科技信息》
【年(卷),期】2013(000)020
【摘要】运动控制作为自主水下机器人进行自主作业的基本保障，是水下机器人不可缺少的核心技术之一，因此对其进行深入研究具有重要的理论意义与工程应用价值。
在水下机器人在海洋能源开发中发挥着不可或缺作用的今天，利用少于位形空间维数的控制输入控制欠驱动系统的运动具有非常重要的现实意义。
欠驱动控制技术由于在减轻系统质量、节约成本和能耗以及提高系统可靠性等方面的优点使其广泛地应用在自主水下机器人控制技术中。
【总页数】1页(P52-52)
【作者】吴海波;孙玉山
【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨 150001; 哈尔滨工程大学水下机器人技术重点实验室，黑龙江哈尔滨 150001
【正文语种】中文
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1.欠驱动式水下监测机器人航路点轨迹跟踪控制技术研究 [J], 袁健
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家旺
5.复杂环境下的欠驱动智能水下机器人定深跟踪控制 [J], 万磊;张英浩;孙玉山;李岳明
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【国家自然科学基金】_二阶滑模控制_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
2011年 科研热词 自适应 自动驾驶仪 滑模 导引律 动态面控制 二阶动态特性 驾驶员在环 重复控制 近空间飞行器 超螺旋算法 自动控制技术 类二次型lyapunov函数 硬件在环 直接横摆力矩控制 汽车安全 模糊干扰观测器 模糊 有限时间收敛 振动系统 导弹 克服抖振 二阶滑模控制器 二阶滑模控制 三维制导模型 super-twisting算法 pmlsm 推荐指数 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
科研热词 抖振 奇异摄动 滑模控制 复合a/c轴 二阶滑模 终端滑模控制 球形机器人 永磁环形力矩电机 鲁棒控制 非线性系统 非完整约束 零动态系统 连续逼近法 路径跟踪 观测器 积分流形 离散二阶滑模 环形永磁力矩电机 滑模 永磁直线同步电机 永磁直线同步电动机 永磁同步电动机 柔性机械手 有限时间稳定 曲率控制 对角化法 多变量系统 变结构系统 参数不确定性 动力学建模 倒立摆 2阶滑模
推荐指数 6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46
《中国舰船研究》2022 年总目次
1湍流入流下泵喷推进器力谱特性研究师帅康，黄修长，饶志强，华宏星17（1）：1−10 2喷水推进器进口流道水动力性能分析邱继涛，尹晓辉，王仁智17（1）：11−17 3船体伴流对直翼推进器水动力性能的影响黄璐，陈奕宏，曾柯，刘竹青17（1）：18−24 4复合材料螺旋桨弯扭耦合刚度特性分析胡晓强，黄政，刘志华17（1）：25−35 5基于伴随方法的舰船推进器优化设计王睿，熊鹰17（1）：36−416升力分配系数对螺旋桨正倒车水动力性能影响的数值分析贺伟，郭家伟，胡小菲，刘明静，柏铁朝，李子如17（1）：42−507跨域无人平台水面垂直起飞动态特性数值模拟邱磊，郑巢生17（1）：51−598船舶操纵水动力导数的数值求解及敏感度分析孙寒冰，肖佳峰，王伟，刘伟杰，郑兴17（1）：60−709基于FTESO和漂角补偿的船舶航向滑模控制储瑞婷，刘志全17（1）：71−79 10系泊系统对波能发电装置动力响应的影响连宇顺，张斌，郑金海，刘海笑，马刚17（1）：80−90, 116 11带自由液面有限长圆柱绕流数值模拟陈松涛，赵伟文，万德成，高洋洋17（1）：91−98 12多周期稳定数值造波的参数设计方法吕磊，陈作钢17（1）：99−107 13基于ABAQUS的载人潜水器观察窗结构蠕变行为分析杜青海，江海港，胡晓康17（1）：108−116 14基于离散模块梁单元水弹性理论的复杂连接处建模方法陈永强，张宇，张显涛17（1）：117−125, 146 15肋骨许用应力对环肋圆柱壳结构设计的影响李生，汪志强，殷洪17（1）：126−131 16静压下考虑腔压的吸声覆盖层吸声性能分析董文凯，陈美霞17（1）：132−140 17浮动核电站安全壳泄漏率指标分配季刚，苏晓亮，李海东，徐锋，谭美17（1）：141−14618改进随机森林−蒙特卡罗法在A型液舱支座结构可靠性分析中的应用李雪剑，秦斌，肖艺峰，付泽坤17（1）：147−153, 16519基于SPH方法的M型快艇入水载荷仿真分析杨一凡，陈三桂，周维星，张涛17（1）：154−165 20新型电液舵机的自抗扰控制算法及试验研究陈宗斌，廖健，刘帮会17（1）：166−175 21基于比例伪时序算法的舰船电力风险评估系统詹锦皓，李维波，李齐，邹振杰，孙万峰17（1）：176−186 22内河多工况船机桨匹配优化设计孙林，陈辉，管聪17（1）：187−195 23回汽控制对舰用蒸汽动力系统的影响宋汉江，张国磊，曾帅17（1）：196−20224置信检验自适应联邦卡尔曼滤波及其水下机器人组合导航应用陈帅，王宁，陈廷凯，杨毅，田嘉禾17（1）：203−211, 22025自主式水下航行器水下回收融合引导技术方案及算法赵蕊，许建17（1）：212−220 26基于压缩感知的正交偶极子阵列信号参数估计王炜彤，杨健，郭晓冉，刘鲁涛17（1）：221−226, 234 27基于运动与表象特征的广域船舶目标识别方法严荣慧，谢海成，花敏恒，羊箭锋17（1）：227−234 28豪华邮轮设计相关技术及发展趋势综述孙家鹏，张敏健17（2）：1−729邮轮关键设计因素对破损稳性的影响陈晶晶，周雪春，顾雅娟，陈新17（2）：8−1630总布置对豪华邮轮外观设计的约束性研究崔濛，司南，孙利17（2）：17−27, 37 31基于系统聚类法的邮轮外观品牌形象现状研究吕杰锋，周依鸣，王莫紫荆17（2）：28−37 32邮轮内装的主题及其美学设计策略徐俊辉，黄蕾，潘长学，徐博亚17（2）：38−48, 155 33船舶住舱热环境优化设计分析柏铁朝，许建，郑立捷，龙正伟，操桃秀17（2）：49−56 34基于重叠网格的豪华邮轮多工况耐波性数值分析张牧，王建华，万德成17（2）：57−62 35基于CFD的带附体KCS船在波浪中的阻力及纵摇优化李乐宇，吴建威，万德成17（2）：63−72 36基于GEKO湍流模型的JBC流场数值模拟许辉，日野孝则，陈作钢17（2）：73−80 37随机激励下液舱晃荡数值模拟分析姜胜超，徐博，王子豪17（2）：81−90 38基于熵产理论的导管桨流动损失特性宋科，杨邦成17（2）：91−97 39复杂扰动下水下机器人的轨迹精确跟踪控制陈浩华，赵红，王宁，郭晨，鲁挺，王宁17（2）：98−108 40基于遗传算法的潜器压载敷设优化方法唐波，杨坤，周海波，周生俊，杨振锦17（2）：109−118 41关键链技术在舰船等级修理周期管控中的应用研究张涛，刘云生，姚玉南，夏忠立，王华17（2）：119−124 42基于BP神经网络的I型金属夹芯板极限强度预测卫钰汶，仲强，王德禹17（2）：125−134 43总纵弯曲下舰船上层建筑结构强度钢模试验刘俊杰，丁震，马琳，卞鑫，李政杰17（2）：135−14144基于GTN损伤模型的Q690钢及其对接接头断裂性能评估王江超，卓子超17（2）：142−1472022年总目次序号文 题作 者卷(期)：页码45基于既往优化知识的稳健性优化方法吕国臣，程远胜，易家祥，刘均17（2）：148−155 46基于自适应变异粒子群算法的船舶结构优化方法王一镜，罗广恩，王陈阳，李爽17（2）：156−164 47复杂加筋的锥−柱组合壳声振相似规律研究彭才赓，张诗洋，张冠军17（2）：165−172 48网架箱体浮筏−艇体耦合特性及全频段隔振效果分析吕成刚，王壮，李晓彬，陈威17（2）：173−18249预埋光纤光栅传感器的碳纤维复合材料螺旋桨水下动应变在线测试雷智洋，王春旭，吴崇建，丁国平，严小雨17（2）：183−189, 20550基于改进傅里叶模态分解和频带熵的滚动轴承故障诊断方法刘俊锋，俞翔，万海波17（2）：190−19751燃机快速并车过程的冲击载荷特性分析及实验研究陈昊，周瑞平，樊红，雷俊松，周少伟17（2）：198−205 52船舶桨轴系统的纵向双级隔振技术刘秀峰，李全超，周睿17（2）：206−211 53变几何涡轮蛤壳状导叶的气动性能数值模拟分析汤涛，李彦静，宋义康，高杰17（2）：212−219 54潜艇拖曳声呐总体工程设计时文达17（2）：220−22755基于准Karhunen-Loève变换基的字典学习抗距离假目标干扰方法于乐新，张慧，龚琳舒，姜弢17（2）：228−23256船海结构物水气泡混合流机理及数值模拟方法研究进展张晓嵩，和康健，万德成17（3）：1−28 57SPH理论和方法在高速水动力学中的研究进展钟诗蕴，孙鹏楠，吕鸿冠，彭玉祥，张阿漫17（3）：29−48 58基于SPH方法的黄河破冰船冰阻力数值模拟分析郑兴，田治宗，谢志刚，张宁波17（3）：49−57, 84 59修正内聚区长度计算公式在冰I型裂纹扩展中的应用倪宝玉，徐莹，黄其，尤嘉，薛彦卓17（3）：58−66 60分层流中潜艇加减速对尾迹特征特性的影响于祥，胡开业17（3）：67−77, 101 61艉斜浪下船舶倾覆特性直接CFD数值模拟刘李为，余嘉威，冯大奎，张志国，陈美霞17（3）：78−84 62压浪板对高速两栖平台运动稳定性影响的数值分析杜尊峰，慕旭亮，李志军17（3）：85−92 63实尺度船舶Z形操纵运动及流场特性模拟冀楠，钱志鹏，李浩然，万德成17（3）：93−10164海洋内波影响水下航行体水动力特性数值模拟汪超，杜伟，李广华，杜鹏，赵森，李卓越，陈效鹏，胡海豹17（3）：102−11165固定/浮式结构贯通类湍流场数值模拟吴家俊，李廷秋，王子平，陈令福17（3）：112−118, 134 66波浪中自由自航船舶轴系功率特性的数值预报方法余嘉威，姚朝帮，张志国，冯大奎，王先洲17（3）：119−12567结合Savitsky方法和重叠网格技术的滑行艇阻力数值计算与分析郭军，扈喆，朱子文，陈作钢，崔连正，李贵斌17（3）：126−13468高速船舶减阻水翼附体数值计算分析陈前，刘志华，赵港全，刘文涛17（3）：135−144 69亚临界雷诺数下单圆柱涡激振动研究周力，邱中秋，袁亚帅，宗智17（3）：145−152 70顶端振荡激励下柔性立管涡激振动数值研究胡浩，吴建威，万德成17（3）：153−159 71高雷诺数条件非线性弹簧下PTC圆柱流致振动数值模拟樊天慧，周诗博，孙海，陈超核17（3）：160−169 72邮轮吊舱推进器水动力性能仿真研究聂远哲，欧阳武，李高强，张聪，周新聪17（3）：170−177, 195 73翼型空化起始对应空化数及尺度效应分析常晟铭，丁恩宝，孙聪，王超，刘贵申17（3）：178−186, 204 74亚格子模型对三维扭曲水翼空化现象的影响何朋朋，李子如，张孝旺，贺伟17（3）：187−195 75文丘里管内空化流动大涡模拟的验证与确认梁蕴致，龙云，龙新平，程怀玉17（3）：196−20476基于“神威·太湖之光”的三维有限长方柱绕流直接数值模拟张亚英，吴乘胜，王建春，金奕星17（3）：205−21277潜艇转舵时舵叶材料及舵杆位置对流激噪声特性的影响彭利坤，秦珩，陈佳宝，屈铎17（3）：213−22078逆风条件下柔性风帆性能的流固耦合研究方泽江，谭俊哲，纪光英，袁鹏，孙泽，王树杰17（3）：221−22779基于遗传算法的多自由度波浪能装置浮体形状优化谭铭，杨宇轩，岑雨昊，司玉林，钱鹏，张大海17（3）：228−23680基于CFD水动力参数的水下机器人轨迹跟踪控制罗一汉，吴家鸣，周汇锋17（3）：237−245, 272 81基于短吹模型的主压载水舱吹除仿真与实验验证羿琦，林博群，张万良，钱宇，邹文天，张康17（3）：246−252 82水下爆炸载荷下复合点阵夹层结构冲击响应分析毛柳伟，祝心明，黄治新，李营17（3）：253−263 83计及砰击载荷的舰船疲劳损伤直接计算法分析许维军，华真，任慧龙，李陈峰，李沃达17（3）：264−272 84基于无人艇跨域异构编队协同导航研究进展与未来趋势徐博，王朝阳17（4）：1−11, 5685基于交互式多模型平方根容积卡尔曼滤波的船舶轨迹跟踪杨家轩，陈柏果，马令琪17（4）：12−2386欠驱动船舶自适应神经网络有限时间轨迹跟踪张强，朱雅萍，孟祥飞，张树豪，胡宴才17（4）：24−3187基于双偶极向量场的欠驱动无人船目标跟踪制导方法初庆栋，尹羿博，龚小旋，刘陆，王丹，彭周华17（4）：32−3788自主水下航行器自适应S面三维轨迹跟踪的仿真验证李文魁，周铸，宦爱奇，夏宇轩17（4）：38−46, 91 89能量受限无人机与移动舰船通信中的轨迹优化张艺严，马巍，李彬17（4）：47−5690海上无人系统时间协同航迹规划尹逢川，梁晓龙，陶浩，侯岳奇，齐铎，吴贤宁17（4）：57−7091基于固定时间扩张状态观测器的底栖式AUV点镇定控制高鹏，万磊，徐钰斐，陈国防，张子洋17（4）：71−78 92基于加权信息增益的并行融合AUV协同定位方法简杰，朱志宇17（4）：79−9193基于自适应渐消Sage-Husa扩展卡尔曼滤波的协同定位算法周萌萌，张冰，赵强，潘梦婷，左思雨17（4）：92−9794基于BP神经网络的船舶气象航线决策系统张大恒，张英俊，张闯17（4）：98−106 95一种基于SDN的多约束无人船网络传输路由算法陈立家，周为，许毅，魏天明，田延飞17（4）：107−113 96基于OTPA声源级估计的被动声呐探测距离评估方法周鑫，徐荣武，程果，李瑞彪，余文晶17（4）：114−120, 133 97一种面向综合射频效能的舰载共形天线优化设计方法舒亚海17（4）：121−125 98一种频率可重构的多模式微带准八木天线黄楷程，卞立安，刘雨，王垚锟，洪颖杰17（4）：126−133 99基于铁氧体的宽带高增益微带天线设计陈攀，李高升17（4）：134−138, 219 100拍动式仿鹞鲼水下机器人设计及其游动性能试验郭松子，马俊，李志印，张进华17（4）：139−144 101基于学徒制算法的航母舰载机保障作业调度吴靳，戴明强，王俊杰，余珊珊，余明晖17（4）：145−154 102某型自动化立体仓库储位优化算法研究陈俭新，黄予洛，宁蒙，李冠峰17（4）：155−163 103基于Kalman滤波的船舶磁化干扰系数测量算法闫辉，周国华17（4）：164−169 104旋流式复合喷头红外降温特性试验分析王振，朱森林，刘银水，李良才17（4）：170−176 105用移动粒子半隐式方法数值模拟Poiseuille流动问题兰小杰，赵伟文，万德成17（4）：177−182106无人帆船柔性风帆技术发展现状与展望方泽江，谭俊哲，纪光英，袁鹏，孙泽，王树杰17（4）：183−193107基于门控循环单元神经网络的箱型梁结构裂纹损伤检测方法骆撷冬，马栋梁，张松林，王德禹17（4）：194−203108轴向循环载荷下加筋板极限承载性能分析崔虎威，丁启印17（4）：204−211 109基于子程序二次开发的双向曲率板应变分布计算方法蔡向东，赵耀，魏振帅，常利春17（4）：212−219 110舰艇损管指挥信息系统复杂网络结构建模及优化分析伞兵，侯岳，浦金云，王康勃17（4）：220−227111基于多智能体技术的舰炮备品备件配置方法董正琼，唐少康，李晨阳，聂磊，周向东，丁善婷，范宜艳17（4）：228−234112现代水面舰船技术发展思考朱英富，熊治国，袁奕，胡玉龙17（5）：1−8113智能无人系统技术应用与发展趋势王耀南，安果维，王传成，莫洋，缪志强，曾凯17（5）：9−26114自主水下航行器发展趋势及关键技术宋保维，潘光，张立川，黄桥高，于洋，田文龙，董华超，张新虎17（5）：27−44115微波超天线技术的研究与发展陈志宁17（5）：45−51 116船舶与海洋工程流固耦合数值方法研究进展张桂勇，王双强，孙哲，肖启航17（5）：52−73 117潜艇操舵系统噪声综述廖健，何琳，陈宗斌，谭晓朋17（5）：74−84 118含水气界面水动力噪声计算方法研究与应用进展综述于连杰，赵伟文，万德成17（5）：85−102 119舰船流场试验测试技术研究进展郭春雨，郐云飞，韩阳，徐鹏17（5）：103−115 120潜艇大气环境控制关键技术研究现状与展望李俊华，焦桂萍，邓辉，曹聪霄，李芳，马强17（5）：116−124 121船岸协同支持下的内河船舶远程驾控系统关键技术研究马枫，陈晨，刘佳仑，王绪明，严新平17（5）：125−133 122自主水下航行器变浮力系统研究现状及控制技术李奔，黄哲敏，何斌，潘兴邦，徐国华17（5）：134−147 123水下滑翔机垂直面运动的模糊滑模控制方法万磊，张栋梁，孙延超，秦洪德，曹禹17（5）：148−156 124面向海上搜救的UAV与USV集群协同路径跟踪控制王浩亮，尹晨阳，卢丽宇，王丹，彭周华17（5）：157−165 125欠驱动无人船单目视觉伺服镇定控制何红坤，王宁17（5）：166−174, 183126面向过驱动UUV推进器容错控制的非线性观测自适应推力分配王观道，向先波，李锦江，杨少龙17（5）：175−183127基于海事规则的中型无人艇避碰路径规划算法研究及应用王鸿东，易宏，向金林，付悦文17（5）：184−195, 203128碎冰阻力的替代试验及其变化规律研究宗智，陈昭炀17（5）：196−203 129滑移边界对高雷诺钝体绕流流动分离及阻力的影响陈伟，冷文军，何鹏，王磊17（5）：204−211130极地船舶结构设计思考Bernt J. LEIRA，柴威，GowthamRADHAKRISNAN17（5）：212−219131液舱一体化浮筏隔振系统声学性能理论分析雷智洋，杜堃，吴崇建，陈志刚，闫肖杰，刘均17（5）：220−227132水下爆炸作用下舰船冲击毁伤的瞬态流固耦合FSLAB软件数值模拟分析刘云龙，王平平，王诗平，张阿漫17（5）：228−240133战斗部舱内爆炸下舰船耦合毁伤数值计算周沪，岳学森，孔祥韶，郑成，吴卫国17（5）：241−249, 267 134双层隔振限位系统抗冲击性能的参数优化及偏差研究顾永鹏，王晓欣，王洪涛，李笑天17（5）：250−256 135无人船综合电力技术应用与发展分析王东，纪锋，艾胜，胡鹏飞，刘治鑫，梅丹17（5）：257−267136应用于中频逆变电源的基于切−割线中点逼近的不对称规则采样SPWM方法李维波，方鹏，潘峻锋，郝春昊，张忠田17（5）：268−277, 288137齿轮激励下齿轮传动−推进系统的动态响应特性及影响规律试验研究黄志伟，陈彦齐，雷智洋，黄修长，彭伟才，华宏星17（5）：278−288138基于图卷积网络的非均衡数据船舶柴油机故障诊断王瑞涵，陈辉，管聪，黄梦卓17（5）：289−300 139捷联惯导系统初始对准研究现状及展望罗莉，黄玉龙，常路宾，张勇刚17（5）：301−313 140基于MBSE的装备作战概念模型化设计董晓明，韩研，王质松，王文恽17（5）：314−322 141舰艇信息基础设施研究进展马辰，张小凡，李宁17（6）：1−14 142无人舰船机舱智能化技术应用探析徐亮，郭力峰，钟琮玮，钱勤标17（6）：15−21, 47 143船舶大容量储能系统应用研究综述方斯顿，王鸿东，张军军17（6）：22−35 144船舶综合电力系统重构技术现状及展望梁正卓，朱琬璐，朱志宇，智鹏飞，楚浩清17（6）：36−47 145面向船联网的高效隐私保护联邦学习方法张泽辉，管聪，高航，高铁杠，陈辉17（6）：48−58146基于航行逻辑划分语义标签的可视化分析方法蔡智媛，余龙，杨俊，张芮菡，吴曾宇，王宇林，李从波17（6）：59−69147基于统计学习的船舶泵喷推进系统实船快速性预报新方法杨琼方，伍锐，郑敏敏，马雪泉，刘恒，杨佾林17（6）：70−78, 87148基于数据大脑的船岸一体机舱智能运维系统研究设计许萌萌，张成伟，梅顺峰，刘子杰，栾天宇17（6）：79−87 149基于全息SDP的船舶推进轴系轴承故障诊断研究廖志强，贾宝柱17（6）：88−95 150基于卷积神经网络的蒸汽动力系统故障诊断苏健，宋汉江，宋福元，张国磊17（6）：96−102 151基于动态特征融合的船舶柴油机进排气系统故障诊断曹乐乐，张鹏，高泽宇，张跃文，孙培廷17（6）：103−110 152EEMD改进算法在异步电机轴承故障诊断中的应用吴勇，朱建军，邹奔17（6）：111−117 153基于Stacking的机舱设备剩余寿命预测方法郭朝有，许喆，姚乾17（6）：118−125 154基于维纳过程的船舶柴油机增压器寿命预测赵思恒，周航，周少伟17（6）：126−132 155基于润滑数值模型和状态参数的艉轴承性能衰变研究张涛，郜慧敏，喻繁振，杨琨17（6）：133−140, 147 156基于灰色系统理论的推进轴系负荷预测分析张玉龙，吴炜，周建辉17（6）：141−147157反馈–前馈变增益迭代学习法在某型电液位置伺服系统中的应用刘玄，李维波，邹振杰，高佳俊，詹锦皓17（6）：148−154158基于鲸鱼优化算法的燃料电池/锂电池混合动力船舶能效优化分析胡东亮，袁裕鹏，瞿小豪，尹奇志17（6）：155−166159以型线图为数据输入的CATIA船体建模方法李井义，胡勇，俞峰，朱军17（6）：167−173, 181 160基于抗沉干预行为的舰艇进水过程建模与仿真王式耀，侯岳，王康勃，龚立17（6）：174−181 161舰船上方拱顶磁场等效面磁荷推算赵文春，欧阳剑锋，刘胜道，文昊东17（6）：182−186 162初始横倾角对船舶横摇运动响应的影响章泽文，娄相芽，余象鹏，何林，柴威17（6）：187−192 163采用弦式系泊系统的海洋平台水动力性能数值模拟分析付冲，赵刘群，孙雷17（6）：193−208 164一种与障碍物距离可控的水面无人艇路径规划方法杨兵，赵建森，王胜正，谢宗轩，张学生17（6）：209−215 165球形水下机器人滚进特性试验与动力学建模分析徐鹏飞，吕韬，葛彤，程红霞，赵敏17（6）：216−222 166基于多电机协同推进的遥控水下航行器姿态控制研究王阳，曾庆军，戴晓强，吴伟17（6）：223−235, 251 167开孔球面舱壁特征应力组合代理模型预报方法陈天怡，和卫平，刘均，程远胜17（6）：236−243 168截卵形弹体侵彻加筋板架结构数值仿真祝奔霆，吴国民17（6）：244−251 169基于陆上振动测试的水中圆柱壳结构声振响应计算方法李广生，陈美霞，原春晖17（6）：252−260 170船舶护舷结构抗碰撞动态模拟胡艺，丁仕风，周利，鲍文倩，赵丽刚17（6）：261−270。
欠驱动USV航迹跟踪控制技术
题目：欠驱动USV航迹跟踪控制技术学号：姓名：联系方式：一、概述水面无人艇（Unmanned Surface Vessel, USV）是一种具有自主规划、自主航行能力，并可以自主方式或人工干预的方式完成环境信息感知、目标探测等任务的小型水面舰艇。
是由无人机UA V、地面机器人UGV、水下无人航行器UUV 以及水面无人艇组成的无人系统的重要组成部分。
各种无人系统共同的鲜明特点是系列化、模块化、分布式、网络化以及协调能力。
欠驱动的意思是指系统的独立控制输入的数量小于与系统本身需要控制的自由度的特性。
大多数水面船，水下潜器，航空航天器(包括直升机、航天飞机等)，基准系统(包括倒立摆、球棒系统、柔性机械臂)，非完整移动机器人(包括仿生机器人)以及交通运载工具(包括机车、吊车)都是典型的欠驱动特性系统。
无人艇的控制系统具有欠驱动特性。
无人艇的推进主要依靠安装于艇体尾部的喷水推进器，它和其他推进器的不同之处在于利用喷水泵喷出水流的反作用力来推动船舶前进，并通过操舵倒航设备分配和改变喷流方向来实现操纵控制。
航迹控制需要同时控制船舶的位置和航向，无人艇控制系统只有2个控制输入，需要同时控制无人艇平面运动的3个自由度，独立控制输入少于其自由度，属于典型的欠驱动系统。
无人艇的航迹跟踪控制就是指在艇体控制系统的驱动控制下，使艇从一定的初始位置航行进入预先规划好的航线上，始终保持稳定并能够沿着规划的航线抵达目的地。
目前，航迹跟踪控制是运动控制领域的主要研究热点之一，同时，研究无人艇的航迹跟踪控制能够为无人艇的精确攻击和快速作战提供有利信息，具有重要的实际应用价值。
随着作战方式的变革，无人作战系统成为未来军事武器装备发展的主流趋势并得到了世界各国的重视，如今己在陆海空等多维领域取得了实质性的进展。
如在空中领域发展的无人飞行器，在地面发展的无人车，在水下发展的无人潜航器以及在水面发展的无人艇等等。
无人作战平台成为未来战争中监视、侦查、探测、情报收集、准确打击、武装保护、执行特殊作战任务、实现有生力量零伤亡的重要手段。
不确定轮式移动机器人的有限时间镇定控制
但 其 有 限时 间控制 参 数 的可 配置 较 差 ， 适 用 范 围 有 限． 文 中提 出一 种有 限 时间鲁 棒镇 定控 制器 ， 不仅 可 以 同时消 除不 确定 乘 积 项 和 漂移 项 的影 响 ， 且 有 限 镇 定 时 间可灵 活配 置 ， 并 具备 全局 性 ， 较 好地 解决 了
非完 整 轮式 移 动 机 器 （ Ｎ ＷＭ Ｒ） 是 控 制 输 入 空 间 的维数 少 于位形 空 间维 数 的欠 驱 动 系统 ， 其 模 型
｝基金项 目：国家“ ８ ６ ３ ” 计划项 目（ ２ ０ １ １ Ａ Ａ ０Ａ １ ０ ４ ， ２ ０ １ ２ Ａ Ａ ０ ４ ０ ９ ０ ９ ） ； 广东省教育部产学研结合项 目（ ２ ０ １ １ Ａ ０ ９ ０ ２ ０ ０ ０ ５ ４ ） ； 广东省战
系统 的不确 定乘 积项 和 漂移 项 时 ， 文献 ［ １ ２ ］ 中设计
了一 种有 限 时间 自适 应 镇 定控 制 器 ， 该 控 制 器 更适
要 包括 非光 滑 时不 变 控 制律 Ｊ 、 光 滑 时变 控 制 律 ｐ 和 混合 控制 律 Ｊ ． 尽管 这 些 控 制 方 法 可 以实 现 系统
叶锦 华 李 迪 叶 峰
（ 华南理 工大学 机械与汽车工程学院 ，广东 广州 ５ １ ０ ６ ４ ０ ）
摘ห้องสมุดไป่ตู้
要 ：提 出一 种 不确 定 非 完整 ｎ维单链 系统 全局 有 限 时 间镇 定控 制 器的 设计 方 法． 该
方 法将 单链 系统分 解 为一 个一阶 子 系统和 一 个 凡一１阶 子 系统 ， 并采 用一种 输入 状 态不连 续 变换 实现 两个子 系统 的解耦 ， 然后基 于有 限时 间 Ｌ ｙ ａ ｐ ｕ ｎ ｏ ｖ函数 法对 两个 子 系统 分别 进 行 控 制 器设 计 ， 保证 不确 定 系统 的稳 定和 有 限时 间收敛 ． 此外， 对 ｎ一１阶子 系统 的控制 器 设 计还 结合 了递 归设 计 方 法 ， 并 利 用切 换控 制 策略 ， 使 得 解耦 后 的 ｎ一１阶子 系统 不存 在
基于自抗扰理论的欠驱动AUV_无模型自适应路径跟踪控制
基于自抗扰理论的欠驱动AUV无模型自适应路径跟踪控制付少波, 关夏威, 张 昊(武汉第二船舶设计研究所, 湖北 武汉, 430205)摘 要: 面向自主水下航行器(AUV)精准回收的任务需求, 针对AUV运动中模型不确定性、易受环境干扰导致的路径跟踪精度不足的问题, 从无模型控制的角度出发, 提出了一种适用于AUV的基于自抗扰控制理论的无模型自适应控制(ADRC-MFAC)算法。
该算法针对2阶系统模型特性, 结合视线角制导重新设计控制输入准则函数对无模型自适应控制(MFAC)进行了改进, 解决了MFAC只适用于自衡系统的问题。
引入跟踪微分器对期望信号进行指令平滑, 考虑未知复合干扰的影响设计了线性扩张状态观测器, 在控制器中对估计扰动进行补偿, 并证明了所提控制器的稳定性, 提升了系统鲁棒性。
在同样的干扰情况下, 文中控制方案相比传统比例-积分-微分控制器抗干扰能力提升了42.37%, 控制精度提高了45%, 表明ADRC-MFAC能够明显改善AUV的抗干扰性能, 提高路径跟踪精度。
关键词: 自主水下航行器; 无模型自适应控制; 路径跟踪; 自抗扰中图分类号: TJ63; U674 文献标识码: A 文章编号: 2096-3920(2024)02-0328-09DOI: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0120Model-Free Adaptive Path Tracking Control Based on Active DisturbanceRejection Control for AUVsFU Shaobo, GUAN Xiawei, ZHANG Hao(Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430205, China)Abstract: In view of the task requirements of accurate recovery of autonomous undersea vehicles(AUVs), a model-free adaptive control based on the active disturbance rejection control(ADRC-MFAC) algorithm was proposed from the perspective of model-free control, so as to improve the insufficient path tracking accuracy caused by model uncertainty and vulnerability to environmental interference in AUV motion. According to the characteristics of the second-order model system and line-of-sight guidance, the MFAC was improved by redesigning the control input criterion function, solving the problem that MFAC was only applicable to the self-balancing system. A tracking differentiator was introduced to smooth the desired signal, and a linear extended state observer was designed by considering the influence of unknown compound interference. The estimated disturbance was compensated for in the controller. The stability of the controller was verified, and system robustness was improved. Under the same interference, the proposed control scheme could improve the anti-interference ability and control precision by 42.37% and 45%, compared with the traditional proportional-integral-differential controller. The result shows that ADRC-MFAC can significantly improve the anti-interference performance of AUVs and enhance path tracking accuracy. Keywords: autonomous undersea vehicle; mode-free adaptive control; path tracking; active disturbance rejection收稿日期: 2023-10-10; 修回日期: 2023-12-02.基金项目: 湖北省青年拔尖人才基金资助.作者简介: 付少波(2000-), 男, 硕士, 主要研究方向为自主水下航行器导航与控制技术.第 32 卷第 2 期水下无人系统学报Vol.32 N o.2 2024 年 4 月JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Apr. 2024[引用格式] 付少波, 关夏威, 张昊. 基于自抗扰理论的欠驱动AUV无模型自适应路径跟踪控制[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(2): 328-336.0 引言海洋是人类赖以生存和发展的空间, 蕴藏着丰富资源[1]。
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＝
的研 究 成果 。
有 限时 间稳定 嘲 是 指 系统 的状 态 能在 有 限 的时 间
【０ ｍ ３ ２ ， 扎 ３ ３ Ｊ
内到达平衡点 ， 具有 比传统的渐近收敛更好 的动态特 性 和 更 强 的鲁 棒 性 ， 因而 ， 有 限 时 间镇 定 控 制作 为一 种新 的非线 性 控制 方法 得 到学 者 的广泛 关 注 ， 从 而取 得 了一 系列 的研 究成 果 ， 如 文献 ｎ 】 等。 本 文针 对欠 驱
＝ｍ 。 ； Ｄ （ 介 ： 田雪虹 （ １ ９ ８ Ｏ 一） ， 女， 山东菏泽人 ， 本科 ， 研究方 向为机器人技术及其工程应用 。 ６ ７
Ｅｑｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍ ａ ｎｕ ｆ ａｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． ７， ２０１ ５
由于水 面 机器 人在 横 向上 不具 有 驱动 机 构 ， 故 被 称 为欠 驱动 船舶 ， 这 种特 性 再加 上 海洋 环境 不 确定 性 的影 响 ，使 得 这种 机构 的 动力 学 系统具 有 强 非线 性 、
上运 动 的运 动学模 型 川 ｒ ／ ＝Ｒ（ ） （ １ ）
ｃ （ ） 为科 氏力和 向心 力矩 阵 ， 且
１ ０ ０ Ｃ １ ３ １ ｃ Ｏ ， ） ＝１ ０ ０ ｃ ２ ３ ｌ
ｌ Ｃ ３ １ ｃ ３ ２ ０ Ｊ
其 中， Ｃ １ ３ ＝— ｃ ３ １ ＝一 ｍ ２ ２ Ｐ一 （ ｍ ２ ３ ＋ｍ３ ２ ） ｒ ／ ２ ； Ｃ ２ ３ ＝— ｃ ３ ２
动水 面机器 人 的复 杂性 特点 ， 研 究 提 出 了一 种 有 限时 间 收敛 的控 制器 ， 从 而获 得 了更好 的控制 性 能 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５ — ０ ４ — １ １ 基金项 目 ： 湛 江市科技计划项 目（ ２ ０ １ ２ Ｃ ３ １ ０ ６ ０ ０ ６ ）
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｐ ２ ４ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ（ ２ ０ １ ５） ０ ７ — ０ ０ ６ ７ — ０ ４
水 面机器人也 叫水面无人 艇
ｕ ｎ ｍａ ｎ ｅ ｄ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ
ｖ ｅ ｓ ｓ ｅ ｌ ， Ｕ Ｓ Ｖ ） ， 是一种在海洋或湖泊中能 自主航行 ， 并 １ 非完全对称水面机器 人模 型 能 完 成 指定 任 务 的小 型 水 面船 舶 。 由于无 人 水 面机 ． １ 运 动 学与 动 力学模 型 器人在情报搜集 、 侦查 、 气象探测 、 搜救 等方面具有 １ 考虑 水 面 机 器人 在 纵 荡 、横 荡 和 艏摇 三 个 方 向 突 出 的优 势 ， 成 为各 国竞 向发展 的新装 备 。
《 装备制造技术￣ ２ ｏ １ ５ 年第 ７ 期
欠驱 动水面机 器人 的有 限时 间镇定控 制
田 雪虹 （ 广 东 海洋 大 学寸 金 学 院 ， 广东 湛江 ５ ２ ４ ０ ９ ４ ）
摘 要： 针 对一类非 完全对称 的欠驱动 水面机器人 系统 ， 提 出了一种有 限时间镇定控制 器。首先 利用全局微分 同胚 变换
式 中： 叼＝ ， Ｙ ， 纠 ， 为纵荡位移 ， Ｙ为 横 荡 位 耦合性和各不确定性 的动态特性 ， 从而造成控制器的 移 ， 为艏摇角度 ， 参 考 方 向 为 正北 ， Ｒ（ ） 为 艏 摇 的 设计 和分析 更 为复 杂 。针 对水 面机 器 人 的控 制 问题 ， 旋转 矩 阵 ， 定 义 为 许多学者做了大量研究 ， 如Ｇ ｈ ｏ ｍ ｍ ａ ｍ Ｊ 等人【 】 提 出了 ｆ ｃ ｏ ｓ ￣ ｐ－ ｓ ｉ ｎ ￣ ｐ ０ Ｉ 种 非 连续 反 馈控 制方 法解 决 了无 人 艇 的控 制 问题 ， ｏ ｒ ＝ｉ ｓ ｉ ｎ ￣ ｐ ｃ ｏ ｓ ０ ｌ 而廖煜雷 等人闭 则提 出 了一种 时变光 滑的镇定控制 ｌ ０ ０ １ Ｊ 律 。Ｍａ Ｂ ａ ｏ ｌ ｉ 等人 【 设 计 了一种 指数 稳 定 的变 切换 控 ［ ， ， ｒ 】 ， 为纵荡速度 ， １ ２ 为横荡速度 ， ｒ 为艏 制律 。刘杨 等 人 提 出 了一 种非 连 续变 参 数镇 定 控制 摇角 速度 。水 面机 器人 水平 面 非线 性动 力学 模 型［ １ ５ 为 器。 Ｆ ｒ ｄ ｒ ｉ ｃ Ｍ等人［ ５ １ 实现 了全局一致性渐近镇定控制。 Ｍ（ ） ＋ Ｃ（ ） ＋ Ｄ（ ） ＝ （ ２ ） 孟 威 等人 阎 利 用 滑模 变结 构 理 论 ， 提 出 了一 种 非线 性 式中 ， 丁为 控制 力 ， 由于 该水 面 机器 人 为无 欠 驱 的滑模轨迹跟踪控制策略。 最近 ， 万磊等人同 针对非完 动 系统 ，因此 只考 虑纵 荡 方 向和 艏摇 方 向两 个 控 制 全对 称 欠驱 动 的无人 艇 ， 设 计 了一 种全 局 渐近 镇定 的 输入 ， 即 ＝［ 丁 ， ０ ， ｒ ］ Ｔ （ ） 为惯 性 系统矩 阵 ， 且 控制 器 。这 些研 究成 果 均保 证 了系 统 的渐 近稳 定 性 ， （ ｍ１ １ ０ ０ １ 但是 ， 至今 未见 到有 限时 间稳定 的水 面机 器人 控 制器 （ ）＝ ０ ｍ 笠 ｍ３ ３ ｌ
得到非 线性级联 系统的形 式 ， 从 而将 原 系统 的镇 定 问题转化 为非线性级联 系统的镇定 问题 ； 基于有 限时间 Ｌ ｙ ａ ｐ ｕ ｎ ｏ ｖ理
论， 设 计 了一种有 限时间收敛的镇定 器， 最后理论分析和仿 真实验说 明 了本文方法的有效性和可行性。
关键词 ： 非 完全对称 水面机器人 ； 有限时 间镇定 ； 欠驱动 ； 级联 系统