基于模糊控制的无人水面艇直线路径跟踪方法

针对直流电机驱动固定双桨的无人水面艇,提出一种基于模糊控制的直线路径跟踪方法;利用无人水面艇到目标路径的垂直距离以及无人水面艇的实际航向与给定路径方向的差值来确定无人水面艇的当前状态,根据模糊推理的方法实时调整左右两侧推进电机的输入电压,进而改变无人水面艇的运动状态,实现无人水面艇自主直线路径跟踪;模糊控制器采用双输入双输出的控制结构,无需建立精确的控制器模型,在无人水面艇初始位置相对于跟踪直线的不同位置关系情况下进行了仿真实验,并与PID控制器的性能进行了比较,仿真结果表明:在初始航向偏差角较大时,如2π/3、π时,该方法克服了采用固定参数PID控制方法时出现的大迴转现象;在初始航向偏差角较小时,如π/4、3π/7、π/2时,该方法在超调量以及调节时间方面的直线跟踪性能优于固定参数PID控制方法。     

小型履带式移动机器人控制系统设计

针对小型履带式移动机器人,设计了遥控与自主返航模式相结合的控制体系结构,并对机器人自主定位及路径跟踪技术进行重点介绍;信号正常的情况下,机器人在遥控模式下工作,信号中断后,启动自主返航模式,机器人根据路径规划的轨迹行驶到目标点;自主返航模式下,采用传感器信息融合技术提高了机器人定位精度,基于已有路径进行点跟踪控制,设计机器人跟踪控制律;基于履带式移动机器人平台及所述控制系统,对任意给定路径进行跟踪实验;结果表明,机器人可沿给定路径到达终点,且行驶轨迹光滑,验证了定位方法的精度以及跟踪控制律的有效性。该控制系统设计简单,可移植性高,可广泛应用于地面移动机器人领域。     

基于滑模控制的室内移动机器人路径跟踪

为解决室内环境下移动机器人的路径跟踪问题,建立了移动机器人的数学模型,并构造一种新型滑模控制趋近律。采用该趋近律设计滑模控制律,并利用李雅普诺夫定理证明了系统稳定性。采用所设计的滑模控制器对室内移动机器人进行路径跟踪实验,仿真结果验证了该方法的有效性。     

风干扰下基于变船长比的无人水面艇路径跟踪方法

摘要：针对无人水面艇在路径跟踪过程中易受风环境干扰的问题,建立了风环境下无人水面艇的运动数学模型,提出一种用于抵抗风干扰的直线路径跟踪方法。首先,基于视距导航原理,设计了跟踪期望航向角的PD控制器,通过融合路径方向,距离偏差及船长比等信息,实时调整左右两侧推进电机的控制电压,实现无人水面艇直线路径跟踪。然后,针对不同船长比对直线路径跟踪的影响,采用模糊控制方法,设计了以跟踪过程中的距离偏差和距离偏差变化率为输入,以船长比为输出的模糊控制模块,对船长比进行自适应调整,以提高控制器的抗风干扰性能。仿真结果表明,所提方法可减小风干扰作用下的跟踪静差,较之传统单纯PD控制方法,抵抗风干扰的能力得到提高。     

改进的紫外拉曼光谱分段线性拟合基线校正方法

紫外拉曼光谱具有拉曼散射强度高、易于荧光光谱分离、受环境干扰影响小以及人眼安全性高等特性,所用的紫外拉曼光谱仪采用波长266 nm激光器,拉曼和荧光光谱会有部分重叠,增加了准确获取拉曼光谱特征信息的难度,进一步影响样品的辨识。因此,需要在分析拉曼光谱之前进行基线校正来消除荧光干扰。根据紫外拉曼+荧光混合光谱中,荧光光谱具有逐渐增加且接近分段线性递增的特点,利用分段线性函数拟合荧光光谱基线是一种较简捷的方法,于是针对传统分段线性拟合基线校正方法基线点定义过度依赖操作人员、自动化水平较低等问题,研究了一种改进的紫外拉曼光谱分段线性拟合基线校正方法:(1)首先求原始信号经不同次平滑迭代后的光谱数据。由于波峰相对于基线是高频信号,在多次平滑过程中,波峰附近的光谱强度逐渐下降且变化较大,基线部分逐渐上升且相对变化很小,经不同次迭代平滑的光谱波峰和基线点处的光谱强度标准差SD差异较大。(2)然后通过对光谱强度偏差的比较确定准有效基线点位置。通过适当设定的阈值SD_0提取出准有效基线点位置;(3)再利用线性迭代拟合法提取并修正过校正基线点。准有效基线点将整个拉曼光谱分割成N个特征峰区间,分别连接特征峰区间两端点得到一条直线,若特征峰全部在直线以上表明不存在过校正,否则区间端点向其峰方向移动并再次直线连接,重复以上过程,直到特征峰全部在直线以上,得到有效基线点;(4)最后逐段直线连接所有相邻有效基线点得到整个光谱的基线。原始光谱减去基线就是基线校正后的拉曼光谱。通过对模拟和实际测量的紫外混合光谱的基线校正处理实验表明:该方法能自动确定基线点位置,且较传统方法能获得更好的基线校正效果,为下一步的光谱分析提供更准确的光谱信息。     

360°环幕指向性六维位姿跟踪研究

通过对360°环幕中多人指向性六维位姿跟踪进行研究,提出了一种基于线状随机分布的标志点的光学跟踪方法。该方法利用柱面中母线是直线以及摄影变换交比不变的特性,通过几何散列算法实现对线状标志点中各个点的区分识别;提出了一种基于排列顺序的编码方式实现对误识别点的排除,实现了对摄像机的指向性六维位姿的跟踪。通过仿真软件模拟360°环幕跟踪系统,并在不同距离和不同角度下应用图像上点的反投影误差均值对跟踪效果和精度进行分析,验证了该系统的实时性和鲁棒性。     

二次定义负载压力和负载流量的电液比例位置控制系统的建模与仿真

采用对称比例阀控制非对称液压缸存在控制死区的问题,导致液压缸在跟踪连续动态信号时,存在较大的位置跟踪误差。本文在二次定义负载压力与负载流量的基础上,建立对称比例阀控非对称液压缸位置控制系统的数学模型,通过对电液伺服系统的分析,提出了适合解决死区问题的控制方法。该方法可有效修正跟踪正弦连续信号时位置误差较大的问题,并借助AMESim对模型进行验证,仿真表明在低频段的动态响应比较理想。同时分析了影响液压缸动态特性的主要参数。     

无人水面艇航迹跟踪控制仿真

摘要：针对模型参数不确定、存在外界风浪流干扰的欠驱动无人水面艇的航迹跟踪问题,为提高无人水面艇自主航行能力,减小航迹跟踪过程中的轨迹偏差与跟踪迟滞,提出了一种分层控制结构的方法。由外至内采取航迹、航向、舵角三层控制,外环航迹控制层使用过渡目标点策略,根据无人水面艇的偏航距确定实时目标点,中环航向控制层使用最小转角策略,根据无人水面艇艏向角与目标方向角之差确定偏转打角,内环舵角控制层使用模糊自适应整定PID控制器,对模型参数的动态变化进行补偿。基于MATLAB GUI进行无人水面艇航迹跟踪控制仿真试验,结果表明,模糊自适应整定PID控制器提高了舵角的控制响应速度,无人水面艇在航行过程中的直线行驶、连续折线行驶均能得到较好的航迹跟踪控制。     

基于无杆牵引车的舰载机路径跟踪控制

针对航母机库空间狭小、障碍物多等因素导致舰载机转运难度大的问题,以无杆牵引车和舰载机组成的铰接系统为研究对象,研究了舰载机在机库甲板调运作业的路径自动跟踪问题,建立了基于无杆牵引车的舰载机转运模型,将舰载机期望路径近似为直线和圆弧的组合,基于反馈线性化和时间-状态形式设计各路段的跟踪控制律,仿真结果表明,所设计的控制律和各控制律间的切换策略可实现舰载机沿组合路径的跟踪;基于自动跟踪的调运,可放宽对牵引车司机牵引技术的要求,确保调运作业时间准确、可控;该研究为后续自动跟踪的实现打下基础。     

基于Dubins曲线和改进A*算法的AUV路径规划方法

将Dubins曲线和具有角度约束的改进A*搜索算法结合应用于路径规划中,能解决路径长度最短和安全性的问题。这样规划出来的路径由两段满足AUV最小转弯半径的圆弧和一段同时与两弧相切的直线构成。圆弧段由产生Dubins路径的方法产生,直线段由改进A*搜索算法扩展产生。首先通过判断Dubins路径存在条件,解算Dubins曲线参数,从而确定此路径中两圆弧的起始点、终止点坐标。再通过这些圆弧坐标可得到直线与圆弧的切入点、切出点,此两点就是改进A*搜索算法扩展路径的起始点和终止点。以Matlab为工具进行仿真实验,验证了此方法能产生规避障碍物的可行的最短路径。     

一种新的双足机器人模型设计与相关研究

针对双足机器人最简模型在行走过程中出现摆动腿足部擦地的问题,提出了一种通过摆动腿膝关节弯曲达到摆动腿缩短的新模型。当摆动腿开始摆动时,摆动腿膝关节弯曲锁定,摆动腿缩短;当摆动腿摆动到最大位置时,膝关节解锁,摆动腿伸直再锁定,此后摆动腿回摆,系统变为直腿模型。采用脚后跟冲击控制,在摆动腿落地前,拖后的支撑腿与地面接触处施加一指向髋关节的瞬时冲击力,冲击力可以减小摆动腿着地时能量的损耗,同时驱动被动机器人向前行走。设计了迭代学习控制算法,找到极限环与不动点,实现不同给定期望步长跟踪的冲击力的计算。仿真结果表明,迭代学习控制可以有效的实现不同期望步长的跟踪,可以很快的找到机器人系统的不动点,通过收敛的相平面,得到稳定的极限环,保证了机器人行走过程稳定。     

复杂Dynamos混沌系统的追踪控制与同步

基于系统稳定性理论,设计合适的新型非线性反馈控制器,实现复杂Dynamos混沌系统的状态向量与任意给定的不同参考信号追踪广义投影同步.以追踪控制超混沌系统、混沌系统、正弦余弦信号以及不动点为例,通过改变比例因子,可以获得多个不同混沌系统之间的异结构广义投影同步以及与正弦波形的广义同步,或者将复杂Dynamos混沌系统控制到期望的平衡点.数值仿真进一步表明了该方法的有效性. 关键词： 复杂Dynamos混沌系统 追踪控制 广义投影同步 平衡点     

Approximation-error-ADP-based optimal tracking control for chaotic systems with convergence proof

In this paper, an optimal tracking control scheme is proposed for a class of discrete-time chaotic systems using the approximation-error-based adaptive dynamic programming （ADP） algorithm. Via the system transformation, the optimal tracking problem is transformed into an optimal regulation problem, and then the novel optimal tracking control method is proposed. It is shown that for the iterative ADP algorithm with finite approximation error, the iterative performance index functions can converge to a finite neighborhood of the greatest lower bound of all performance index functions under some convergence conditions. Two examples are given to demonstrate the validity of the proposed optimal tracking control scheme for chaotic systems.     

Three-dimensional shape measurement for an underwater object based on two-dimensional grating pattern projection

In this paper, a practical method using phase tracking and ray tracing algorithms is proposed for measuring the three-dimensional (3D) shape of an underwater object. A 2D projected sinusoidal fringe goes through the water and illuminates the tested object. Firstly, the phase tracking algorithm is employed to identify homologous points in phase distributions of the deformed fringe captured by the camera and these of the fringe pattern projected by the projector. The projector is regarded as a special camera as regards the stereovision principle. In the calibrated system, both ray directions of the homologous points can be easily figured out. Secondly, the ray tracing algorithm is used to trace the propagation path of each ray and to calculate the 3D coordinates of each point on the tested object's surface. Finally, the whole shape of the tested object can be reconstructed.     

光电经纬仪作用距离的室内检测模型

针对光电经纬仪室内检测作用距离问题,提出光电经纬仪作用距离指标的室内检测模型。从对目标进行跟踪捕获的实际工作过程中的4个边界点出发,检测光电经纬仪的目标对比度指标,并在此基础上结合天气条件参数对作用距离进行估算。由实验结果可知,该光电经纬仪目标对比度范围为5%~13%;在北纬45,7月,白天的无云无雨天气条件下,作用距离为30.105 km,与实际外场跟飞结果相比,误差约为1 km。该方法适用于跟踪天空背景下的目标时的作用距离估算。     

一种更具普适性的浅海不确定声场快速算法

非嵌入式随机多项式展开法是目前性能最优的一种不确定声场快速算法,但配点的选择对算法计算精度影响较大,且当计算随不确定海洋环境参数变化剧烈的声场输出时,需采用分段概率配点法等特殊方法处理。基于Kriging模型提出了一种新的浅海不确定声场快速算法,首先给出了该算法的理论推导,然后通过数值计算验证了算法性能,并给出具体的物理解释,结果表明:在同等条件下,新算法的计算精度较非嵌入式随机多项式展开法更高;无需针对声场输出随不确定海洋环境参数的变化情况采取特殊处理过程;克服了非嵌入式随机多项式展开法为提高计算精度将随机多项式展开至非常高的阶数,从而增加计算量的不足;较非嵌入式随机多项式展开法,其样本点的选择简单易行,且可直接计算误差,因此,本文算法较非嵌入式随机多项式展开法普适性更强。     

混沌系统自适应追踪控制新方法

提出一种混沌系统自适应追踪控制任意参考信号的新方法.该方法是通过预先设计出补偿控制器将混沌系统状态变量对参考信号的追踪控制问题转化为同结构混沌系统状态变量的自适应同步问题,再通过设计出自适应控制器,使同结构混沌系统全局渐近达到同步,追踪控制器为补偿控制器和自适应控制器的代数和.基于Lyapunov稳定性原理,理论上严格证明了利用本方法所设计追踪控制器的正确性.最后,以超混沌Chen系统为控制对象,利用本方法设计出追踪控制器完成了对不动点,正、余弦信号,同结构混沌系统状态变量,异结构混沌系统状态变量的追踪控 关键词： 自适应追踪控制 补偿控制器 自适应控制器 追踪控制器     

Tracking Consensus for Second-Order Multi-Agent Systems with Nonlinear Dynamics in Noisy Environments

This paper investigates the leader-following tracking consensus problem for second-order multi-agent systems with time delays and nonlinear dynamics in noisy environments on the conditions of fixed and switching directed topologies. Based on a novel velocity decomposition technique and stochastic analysis, a measurement-based distributed tracking control protocol is proposed, under which all agents can track the leader in mean square. Simulation results are also given to illustrate the effectiveness of the proposed protocol.     

无人水下航行器势场航路规划方法研究

对运动障碍威胁环境下UUV航路规划问题进行了研究。首先分别对规划过程中固定障碍、运动障碍建立了排斥势场,对目标点建立了吸引势场,将航路规划问题转变为寻找最优势场点问题;然后提出一种改进的粒子群算法(NPSO),在UUV航路规划过程中,寻找距离当前路径点固定步长范围内的最优势场点,将其作为下一路径点,最终实现UUV在运动障碍威胁环境中的航路规划;最后对所提方法进行了仿真验证,UUV可以有效躲避固定障碍与运动障碍威胁,寻找到较优航路,取得了较好的仿真效果。