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基于LOS法的自航模航迹跟踪控制算法实现

基于LOS法的自航模航迹跟踪控制算法实现

韩鹏1

基于LOS法的自航模航迹跟踪控制算法实现

基于LOS法的自航模航迹跟踪控制算法实现

, 刘志林1, 周泽才2, 唐昊1, 班良1, 郝留磊2    

1. 哈尔滨工程大学 自动化学院,黑龙江 哈尔滨 150001;
2. 哈尔滨工程大学 船舶工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001

收稿日期:2017-06-07;网络出版日期:2017-07-27

基金项目:国家自然科学基金项目(51379044)

作者简介:韩鹏(1997−),男,本科生;
刘志林(1977−),男,副教授,博士.

通信作者:韩鹏,E-mail:1210161598@qq.com.

摘要:为解决实验室环境下的小型自航模能快速、准确、稳定地实现航迹跟踪问题,利用视线法(line of sight, LOS)将自航模的位置跟踪问题转化为自航模的航向控制问题,通过PID控制器,使自航模的航向角收敛于期望航向角,从而使自航模不断驶向期望航向点。通过设置不同的期望航向点,实现自航模航迹跟踪控制。之后通过MATLAB对其进行仿真研究,验证了其可行性。最后将其用于实验室环境下的自航模航迹跟踪,得到了良好的效果,进一步验证了其工程实用性。

关键词自航模    航迹跟踪    航向控制    视线法    MATLAB仿真    PID控制器    期望航向点    

Path tracking control algorithm based on LOS method for surface self-propulsion vessel

HAN Peng1

基于LOS法的自航模航迹跟踪控制算法实现

基于LOS法的自航模航迹跟踪控制算法实现

, LIU Zhilin1, ZHOU Zecai2, TANG Hao1, BAN Liang1, HAO Liulei2    

1. College of Automation, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China;
2. College of Shipbuilding Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China

Abstract: Aiming at the small self-propelled model in the laboratory environment, the paper discussed how to realize the path tracking quickly, accurately and stably. The problem of path tracking of the self-propelled model was transformed into the heading control problem of the self-propelled model by the Line of Sight algorithm. Via the PID controller, the heading angle of the self-propelled model converged to the desired course angle, so that the self-propelled model continuously headed towards the desired course point. By setting different expected heading points, the path tracking control of the self-propelled model was realized. Subsequently, through the MATLAB simulation, the feasibility was verified. Finally, the algorithm was used for the path tracking of the self-propelled flight in the laboratory environment, a good effect was obtained and the engineering practicability was further verified.

Key words: surface self-propulsion vessel    path tracking    heading control    LOS algorithm    MATLAB simulation    PID controller    expected heading point    

船舶的航迹跟踪控制,是近年来船舶自动控制领域涌现出来的一个热门课题。目前,国外对无人艇航迹跟踪的研究中有Do等[-]根据反步法(backstepping)以及输出重定义等方法得到了全局、一致并以指数趋近稳定的反馈控制律和船舶的航迹状态;国内对于船舶的自主航迹跟踪研究也较多,具有代表性有李铁山等[]利用自适应积分反演技术、耗散理论以及输入输出线性化等方法对船舶的直线航迹跟踪控制系统设计了非线性控制器。这类控制器一般对被控模型的参数有较高的要求,而在实际的控制应用中,很难准确地辨识出模型的各项参数,导致这一方法在很多应用中无法具体实施。

本文采用的视线(line-of-sight, LOS)算法是自航模航迹跟踪控制的理论基础,该算法通过简单的推导得出自航模跟踪期望航向点所需要的航向角,结合PID控制器,消除航向角偏差,使自航模的当前航向角收敛于期望航向角,以便自航模能够航行在期望航迹线上并且不断向目标航向点靠近,最终行驶到目标航向点,完成对目标点的跟踪控制[]。