水产养殖无人导航明轮船运动仿真与试验

无人导航明轮船依据目前经验公式计算的明轮推力和实际推力偏差较大,不利于控制系统的设计,为此给出明轮驱动力计算方法,建立明轮船水动力仿真模型,并据此进行了正航和回转仿真。为验证模型,在试验艇上安装高精度GPS设备及通信装置,在设定明轮船航速0.4 m/s、左明轮转速60 r/min、右明轮转速40 r/min条件下进行了试验,测量并记录了航行轨迹数据,经GPS设备测量得到的回转直径为3.2 m。仿真和试验结果表明,通过控制明轮可以使明轮船实现正航和回转运动,具有较好的低速机动性和操纵性。     

水产养殖自动导航无人明轮船航向的多模自适应控制

为降低水产养殖行业劳动作业强度和人力成本,解决劳动力日益匮乏的问题、提高鱼塘投饵效率和投饵均匀度,对适用于水产养殖的水面作业艇-明轮船的航行控制进行研究。为克服明轮船运动过程中航速、航向强耦合,给出改进的明轮船控制系统方案,实现航向、航速之间的解耦,建立明轮船航向系统的动态响应数学模型。根据明轮船的工作特点,对明轮船进行多模自适应控制,用计算机软件进行仿真和实船试验,并与PD(proportion differentiation)控制进行比较。通过仿真和试验的结果,证明所设计的控制器能解除明轮船的耦合效应,船速超调量不超过5%,稳态误差在3%以内,直线航行时的航向误差在3?以内。数据表明多模自适应控制方法能够对明轮船航行进行较好的控制,效果优于PD控制。     

基于卡尔曼滤波离散滑模控制的明轮船直线跟踪

针对明轮船作业过程中风、浪等引起的低频扰动,为了节约能源、降低由扰动引起控制系统的主动动作频次、延长明轮船续航时间,实现明轮船的高精度导航控制,降低风浪干扰的影响,提出基于卡尔曼滤波的离散滑模控制方式。通过建立水动力模型和偏航角动态响应模型,计算离散滑模控制的增益系数。经过仿真验证与实船试验,并与PD控制方式的效果进行对比,最大超调量比PD控制方式减小25%,调整时间减少50%,航迹偏差低于10 cm。基于卡尔曼滤波的离散滑模控制方法实现了高精度的明轮船直线航迹跟踪,且明轮船的航行过程更加平稳。