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多领航者导引无人船集群的分布式时变队形控制

吴文涛 古楠 彭周华 刘陆 王丹

吴文涛, 古楠, 彭周华, 刘陆, 王丹. 多领航者导引无人船集群的分布式时变队形控制[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(1): 21-30. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01734
引用本文: 吴文涛, 古楠, 彭周华, 刘陆, 王丹. 多领航者导引无人船集群的分布式时变队形控制[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(1): 21-30. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01734
WU Wentao, GU Nan, PENG Zhouhua, LIU Lu, WANG Dan. Distributed time-varying formation control for unmanned surface vehicles guided by multiple leaders[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(1): 21-30. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01734
Citation: WU Wentao, GU Nan, PENG Zhouhua, LIU Lu, WANG Dan. Distributed time-varying formation control for unmanned surface vehicles guided by multiple leaders[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(1): 21-30. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01734

多领航者导引无人船集群的分布式时变队形控制

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01734
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(61673081,51979020);大连市杰出青年科技人才支持计划资助项目(2018RJ08)
详细信息
    作者简介:

    吴文涛,男,1995年生,硕士生。研究方向:无人船集群路径控制。E-mail:wuwentaodlmu@gmail.com;古楠,男,1993年生,博士生。研究方向:无人船集群控制。E-mail:gunandlmu@gmail.com;彭周华,男,1982年生,博士,教授,博士生导师。研究方向:海洋航行器制导与控制,无人船集群控制。E-mail:zhpeng@dlmu.edu.cn;刘陆,1990年生,博士,讲师,硕士生导师。研究方向:无人船制导与控制,多无人船协同控制。Email:luliu@dlmu.edu.cn;王丹,男,1960年生,博士,教授,博士生导师。研究方向:无人船编队控制,电力电子技术。E-mail:dwang@dlmu.edu.cn

  • 中图分类号: U674.91

Distributed time-varying formation control for unmanned surface vehicles guided by multiple leaders

  • 摘要: 目的 针对含有模型高度不确定性和未知海洋环境扰动的无人船集群,研究多领航者导引的欠驱动无人船(USV)集群的分布式时变队形控制问题。 方法 首先,在运动学层级,基于包含策略和路径操纵原理,设计时变队形分布式制导律;然后,在动力学层级,针对USV航行中存在的模型不确定性以及未知海洋环境扰动,设计基于扩张状态观测器(ESO)的前向速度和艏摇角速度控制律,减小模型不确定性和未知海洋环境扰动带来的影响;最后,进行级联系统稳定性分析和控制器有效性的仿真验证。 结果 研究表明,无人船集群采用的分布式时变编队闭环控制系统输入状态稳定,仿真结果证明了控制方法的有效性。 结论 所提出的控制器可以使无人船集群形成预定的时变编队队形,并跟踪多领航者形成的凸包。
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-02
  • 修回日期:  2019-11-25
  • 刊出日期:  2020-03-31

多领航者导引无人船集群的分布式时变队形控制

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01734
    基金项目:  国家自然科学基金资助项目(61673081,51979020);大连市杰出青年科技人才支持计划资助项目(2018RJ08)
    作者简介:

    吴文涛,男,1995年生,硕士生。研究方向:无人船集群路径控制。E-mail:wuwentaodlmu@gmail.com;古楠,男,1993年生,博士生。研究方向:无人船集群控制。E-mail:gunandlmu@gmail.com;彭周华,男,1982年生,博士,教授,博士生导师。研究方向:海洋航行器制导与控制,无人船集群控制。E-mail:zhpeng@dlmu.edu.cn;刘陆,1990年生,博士,讲师,硕士生导师。研究方向:无人船制导与控制,多无人船协同控制。Email:luliu@dlmu.edu.cn;王丹,男,1960年生,博士,教授,博士生导师。研究方向:无人船编队控制,电力电子技术。E-mail:dwang@dlmu.edu.cn

  • 中图分类号: U674.91

摘要: 目的 针对含有模型高度不确定性和未知海洋环境扰动的无人船集群,研究多领航者导引的欠驱动无人船(USV)集群的分布式时变队形控制问题。 方法 首先,在运动学层级,基于包含策略和路径操纵原理,设计时变队形分布式制导律;然后,在动力学层级,针对USV航行中存在的模型不确定性以及未知海洋环境扰动,设计基于扩张状态观测器(ESO)的前向速度和艏摇角速度控制律,减小模型不确定性和未知海洋环境扰动带来的影响;最后,进行级联系统稳定性分析和控制器有效性的仿真验证。 结果 研究表明,无人船集群采用的分布式时变编队闭环控制系统输入状态稳定,仿真结果证明了控制方法的有效性。 结论 所提出的控制器可以使无人船集群形成预定的时变编队队形,并跟踪多领航者形成的凸包。

English Abstract

吴文涛, 古楠, 彭周华, 刘陆, 王丹. 多领航者导引无人船集群的分布式时变队形控制[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(1): 21-30. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01734
引用本文: 吴文涛, 古楠, 彭周华, 刘陆, 王丹. 多领航者导引无人船集群的分布式时变队形控制[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(1): 21-30. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01734
WU Wentao, GU Nan, PENG Zhouhua, LIU Lu, WANG Dan. Distributed time-varying formation control for unmanned surface vehicles guided by multiple leaders[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(1): 21-30. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01734
Citation: WU Wentao, GU Nan, PENG Zhouhua, LIU Lu, WANG Dan. Distributed time-varying formation control for unmanned surface vehicles guided by multiple leaders[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(1): 21-30. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01734
参考文献 (26)
补充材料:
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