基于极大似然法的高速无人艇操纵响应模型参数辨识

作     者：褚式新 茅云生 董早鹏 杨鑫 CHU Shixin;MAO Yunsheng;DONG Zaopeng;YANG Xin

作者机构：武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室湖北武汉430063 武汉理工大学交通学院湖北武汉430063 

出 版 物：《兵工学报》 (Acta Armamentarii)

年 卷 期：2020年第41卷第1期

页      面：127-134页

核心收录：

学科分类：08[工学] 082402[工学-轮机工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0802[工学-机械工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51709214) 中国博士后科学基金项目(2018M642939、2019T120693) 

主　　题：水面无人艇 操纵响应模型 参数辨识 极大似然法 正弦仿真 

摘      要：高速水面无人艇操纵性预报精度取决于其运动模型中的参数获取精度,针对传统扩展卡尔曼滤波算法难以获取较高精度的模型参数问题,提出一种采用极大似然法辨识获取无人艇操纵运动2阶非线性响应模型参数的方法。基于某无人艇响应模型参数进行20°Z形仿真实验,采集艏向角和舵角变化数据,根据辨识原理与前向差分法设计一种极大似然辨识方法,通过辨识获取了模型参数。进一步研究发现在极大似然法辨识过程中部分参数有参数漂移现象产生,分析得到参数漂移产生的原因在于使用差分法处理Z形实验数据时忽略了舵角变化率的影响。采用正弦仿真实验数据结合极大似然法进行改进辨识研究,其舵角变化率可直接对舵角求导得到。针对极大似然法与扩展卡尔曼滤波算法的辨识结果展开操纵运动仿真实验。实验结果表明:通过极大似然法辨识获取的参数比传统卡尔曼滤波算法能更精确地预报无人艇的操纵运动,且基于正弦仿真实验数据辨识能有效解决极大似然法的参数漂移,从而为极大似然法辨识结果提供更高的精度。