《隨機海浪干擾下的無人水面艇編隊分散式協同控制》是依託江蘇大學，由孫太任擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：隨機海浪干擾下的無人水面艇編隊分散式協同控制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫太任
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨機海浪干擾作用於無人水面艇編隊，產生了縱盪、橫盪隨機干擾力及艏搖、橫搖隨機干擾力矩。這些干擾力和力矩與編隊水面艇的非線性模型相耦合，增大了系統的非線性特性和隨機干擾量；而橫搖干擾力矩使得水面艇處於搖晃狀態，導致水面艇狀態被隨機量測噪聲嚴重污染。因此，隨機海浪干擾不僅惡化水面艇編隊控制精度，而且增加編隊碰障風險。針對以上問題，本項目研究隨機干擾下水面艇編隊分散式協同控制，包括：(1)建立符合海況的水面艇編隊隨機系統模型，並聯合卡爾曼濾波和神經網路提高水面艇狀態估計的精度，降低隨機海浪和量測噪聲對狀態的影響；(2)提出對虛擬領航者的卡爾曼一致濾波估計，提高量測有色噪聲下一致估計的精度和速度；(3)設計神經網路前饋補償的分散式隨機預測自校正控制， 利用神經網路的前饋補償和隨機擾動的統計特性，提高隨機干擾下編隊控制精度；利用隨機預測控制事先考慮約束和滾動最佳化的優點，降低隨機干擾下編隊的碰障風險。
結題摘要
隨機海浪干擾作用於無人水面艇編隊，產生了縱盪、橫盪隨機干擾力及艏搖、橫搖隨機干擾力矩。這些干擾力和力矩與編隊水面艇的非線性模型相耦合，增大了系統的非線性特性和隨機干擾量；而橫搖干擾力矩使得水面艇處於搖晃狀態，導致水面艇狀態被噪聲嚴重污染且增加了傾覆的可能。因此，隨機海浪干擾不僅惡化水面艇編隊控制精度，而且增加編隊碰障風險和傾覆的風險。針對以上問題，該項目聯合卡爾曼濾波和擾動觀測器提高了水面艇狀態估計的精度，降低了隨機海浪和量測噪聲對狀態的影響；建立了自適應卡爾曼一致濾波估計虛擬領航者的狀態，提高了隨機干擾下領航者的估計精度；根據虛擬結構法將編隊控制問題轉化為帶有約束的軌跡跟蹤問題；基於預測控制、障礙李雅普諾夫函式等設計了存在狀態和控制輸入約束的無人水面艇控制，極大降低了碰障風險和傾覆可能且完成了期望軌跡的跟蹤，進而實現了隨機干擾下無人水面艇的編隊。在該項目資助下，總計發表國內外權威期刊和會議論文17篇，其中SCI論文9篇。圓滿完成了項目預期指標。本項目的研究促進了水面艇控制理論的發展，並為水面艇的套用提供了重要技術支持。
