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

海洋监测下半潜式无人艇的自适应滑模艏向控制

吴迪 胡高令 鲁兴益 叶杰民 张丽珍

吴迪, 胡高令, 鲁兴益, 叶杰民, 张丽珍. 海洋监测下半潜式无人艇的自适应滑模艏向控制[J]. 全球定位系统, 2021, 46(3): 7-14. doi: 10.12265/j.gnss.2021011501
引用本文: 吴迪, 胡高令, 鲁兴益, 叶杰民, 张丽珍. 海洋监测下半潜式无人艇的自适应滑模艏向控制[J]. 全球定位系统, 2021, 46(3): 7-14. doi: 10.12265/j.gnss.2021011501
WU Di, HU Gaoling, LU Xingyi, YE Jiemin, ZHANG Lizhen. Adaptive sliding mode heading control of unmanned semi-submersible surveying vehicle[J]. GNSS World of China, 2021, 46(3): 7-14. doi: 10.12265/j.gnss.2021011501
Citation: WU Di, HU Gaoling, LU Xingyi, YE Jiemin, ZHANG Lizhen. Adaptive sliding mode heading control of unmanned semi-submersible surveying vehicle[J]. GNSS World of China, 2021, 46(3): 7-14. doi: 10.12265/j.gnss.2021011501

海洋监测下半潜式无人艇的自适应滑模艏向控制

doi: 10.12265/j.gnss.2021011501
详细信息
    作者简介:

    吴迪:(1984—),男,讲师,主要研究方向为控制理论与可靠性

    胡高令:(1995—),男,硕士研究生,主要研究方向为机械电子工程

    张丽珍:(1967—),女,博士,教授,主要研究方向为渔业机械和海洋智能装备

    通信作者:

    张丽珍 E-mail:lzzhang@shou.edu.cn

  • 中图分类号: TP273

Adaptive sliding mode heading control of unmanned semi-submersible surveying vehicle

  • 摘要: 海洋是高质量发展的战略要地,海洋监测则是认识海洋、发展海洋的重要支撑技术. 随着 “一带一路”等海洋强国战略的不断实施,对海洋测量装备提出了更高的要求. 为此,利用全球定位系统/北斗卫星导航系统(GPS/BDS)组合系统和电子罗盘提供高精度位置和艏向信息,并搭载监测器件,将新型半潜式无人艇应用于海洋环境监测. 针对路线巡航中半潜式无人艇模型参数不确定和环境干扰对艏向监测的可靠性和稳定性的影响,结合滑模控制(SMC)的强鲁棒性与自适应控制的高适应性设计了一种自适应滑模控制(ASMC)方法. 理论分析和仿真实验证明,ASMC的可行性和有效性,比传统的比例微分(PD)控制具有更好的适应性和鲁棒性,而且系统瞬态性能和稳定性良好. 将设计的ASMC方法应用于实际监测中,试验结果表明:控制效果稳定,测量数据真实可靠,提高了测量效率.

     

  • 图  1  半潜式无人艇结构图

    图  2  半潜式无人艇运动模型

    图  3  ASMC结构图

    图  4  艏向跟踪图

    图  5  艏向跟踪误差图

    图  6  系统参数估计图

    图  7  控制输入

    图  8  实地试验图

    图  9  导航设置图

    图  10  试验监测图

    图  11  水质监测图

    表  1  半潜式无人艇的参数

    名称重量/kg重心高度/m吃水深/m排水量/t
    数值43.450.150.990.05
    下载: 导出CSV

    表  2  湖试环境参数

    天气状况风速等级浪高/m流速/(m·s−1)温度/℃
    0~20.1~0.20.0520~27
    下载: 导出CSV

    表  3  海试环境参数

    天气状况风速等级浪高/m流速/(m·s−1)温度/℃
    多云2~40.2~0.40.0820~27
    下载: 导出CSV
  • [1] 漆随平, 厉运周. 海洋环境监测技术及仪器装备的发展现状与趋势[J]. 山东科学, 2019, 32(5): 21-30. DOI: 10.3976/j.issn.1002-4026.2019.05.002
    [2] 蔡陈玉. 基于北斗的船舶监控系统设计与开发[D]. 上海: 上海海洋大学, 2018.
    [3] 姜少杰, 刘海敌, 王宪. 基于GPS的自动巡航监测船系统的设计与实现[J]. 全球定位系统, 2017, 42(3): 77-81.
    [4] 王永鼎, 李华南, 钱莹娟. 北斗卫星导航系统在AUV中的应用研究[J]. 全球定位系统, 2018, 43(1): 96-102.
    [5] 崔秀芳, 李培培, 石福孝, 等. 基于BDS的水质检测仿生鱼控制系统设计[J]. 全球定位系统, 2020, 45(5): 72-76.
    [6] 申家双, 葛忠孝, 陈长林. 我国海洋测绘研究进展[J]. 海洋测绘, 2018, 38(4): 1-10, 21. DOI: 10.3969/j.issn.1671-3044.2018.04.001
    [7] 丁福光, 闫志辉. 基于模糊PID串级控制的航迹保持方法[J]. 船舶工程, 2009, 31(1): 35-37. DOI: 10.3969/j.issn.1000-6982.2009.01.010
    [8] LORIA A, FOSSEN T I, PANTELEY E. A separation principle for dynamic positioning of ships: theoretical and experimental results[J]. IEEE transactions on control systems technology, 2000, 8(2): 332-343. DOI: 10.1109/87.826804
    [9] 谷丽丽, 邓志良. 动态模糊神经网络在船舶动力定位中的应用[J]. 船舶工程, 2006(2): 43-46. DOI: 10.3969/j.issn.1000-6982.2006.02.012
    [10] HU X, DU J L, SHI J W. Adaptive fuzzy controller design for dynamic positioning system of vessels[J]. Applied ocean research, 2015, 53: 46-53. DOI: 10.1016/j.apor.2015.07.005
    [11] 刘金琨, 孙富春. 滑模变结构控制理论及其算法研究与进展[J]. 控制理论与应用, 2007, 24(3): 407-418. DOI: 10.3969/j.issn.1000-8152.2007.03.015
    [12] 赵涛, 何龙, 李卫, 等. 一种半潜式无人艇的设计[J]. 上海海洋大学学报, 2019, 28(2): 313-319.
    [13] FOSSEN T I. Guidance and control of ocean vehicles[M]. New Jersey: John Wiley and Sons Inc, 1994.
    [14] 贵岛, 芳村. 浅水域船的操纵运动数学模型[J]. 日本造船学会志, 1989(718): 20-220.
    [15] 施生达. 潜艇操纵性[M]. 北京: 国防工业出版社, 2021.
    [16] 洪剑青, 赵德安, 孙月平, 等. 水产养殖自动导航无人明轮船航向的多模自适应控制[J]. 农业工程学报, 2017, 33(1): 95-101. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.01.013
    [17] 康伟, 褚建新, 黄辉, 等. 可回转双桨电力推进船舶运动模型的研究[J]. 中国造船, 2012, 53(1): 107-116.
    [18] 孙树蕾. 可回转双机双桨船模糊神经网络航向控制[D]. 大连: 大连海事大学, 2015.
    [19] 胡忠辉. 船舶航向运动非线性自适应及优化控制方法研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2013.
    [20] NOMOTO K, TAGUCHI T, HONDA K, et al. On the steering qualities of ship[J]. International shipbuilding progress, 1957, 4(35): 354-370. DOI: 10.3233/ISP-1957-43504
    [21] SLOTINE J-J E. Applied nonlinear control[M]. Upper Saddle River: Prentice Hall, 1991.
  • 加载中
图(12) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  561
  • HTML全文浏览量:  182
  • PDF下载量:  28
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-15
  • 网络出版日期:  2021-07-05
  • 刊出日期:  2021-06-30

目录

    /

    返回文章
    返回