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研究论文-基于LOS法的自航模航迹跟踪控制算法实现.pdf
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更新于2023-05-26
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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。
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DOI: 10.11991/yykj.201706005
网络出版地址:http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1191.U.20170727.0716.002.html
基于LOS法的自航模航迹跟踪控制算法实现
韩鹏
1
,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
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
中图分类号:TP273 文献标志码:A 文章编号:1009−671X(2018)03−0066−05
Path tracking control algorithm based on LOS method for surface self-
propulsion vessel
HAN Peng
1
, LIU Zhilin
1
, ZHOU Zecai
2
, TANG Hao
1
, BAN Liang
1
, HAO Liulei
2
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.
Keywords: 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
[1-3]
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
[4]
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
[5]
。
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.
第 45 卷第 3 期
应 用 科 技
Vol.45 No.3
2018 年 6 月
Applied Science and Technology
Jun. 2018


















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