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基于L_(1)制导的巡飞弹航迹跟踪技术

弹箭与制导学报 2024年第1期44卷 98-102页

作者：王帅为王荣刚王嘉文梁益铭西安现代控制技术研究所陕西西安710065

针对巡飞弹航迹跟踪问题,基于L_(1)制导律,提出了一种巡飞弹航迹跟踪方法。首先,将航迹跟踪分为圆航迹跟踪和直线航迹跟踪,分别针对初始位置与理论航迹的几何关系,推导了不同状态下前置角的表达式;然后,提出了圆航迹和直线航迹跟踪策略... 详细信息

针对巡飞弹航迹跟踪问题,基于L_(1)制导律,提出了一种巡飞弹航迹跟踪方法。首先,将航迹跟踪分为圆航迹跟踪和直线航迹跟踪,分别针对初始位置与理论航迹的几何关系,推导了不同状态下前置角的表达式;然后,提出了圆航迹和直线航迹跟踪策略,确保巡飞弹无超调的沿着理论航迹飞行;最后,通过仿真验证,提出的制导策略对圆形航迹与多边形航迹具有良好的跟踪效果,L_(1)训导律比PD控制收敛更快,稳态误差更小。

关键词： L_(1)制导巡飞弹航迹跟踪

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基于模型预测控制的翼伞航迹跟踪

航空科学技术 2024年第4期35卷 74-82页

作者：李之翰南英万金诚南京航空航天大学江苏南京210016 航空工业航宇救生装备有限公司湖北襄阳441003

翼伞是一种既可以在空中展开又可以在地面折叠的伞状装置,其具有的高度不稳定性和复杂气动特性给翼伞控制带来了很大挑战。本文提出了一种基于模型预测控制(MPC)的翼伞航迹跟踪控制方法。首先,建立了翼伞运动学和动力学模型,包括了翼伞... 详细信息

翼伞是一种既可以在空中展开又可以在地面折叠的伞状装置,其具有的高度不稳定性和复杂气动特性给翼伞控制带来了很大挑战。本文提出了一种基于模型预测控制(MPC)的翼伞航迹跟踪控制方法。首先,建立了翼伞运动学和动力学模型,包括了翼伞的位置、速度、加速度等状态变量,以及翼伞运动受到的气动力和气动力矩。然后,采用模型预测控制方法,利用已知的翼伞模型和环境模型进行预测,通过优化算法计算出最优的控制输入,实现对翼伞航迹的跟踪控制。最后,通过仿真试验验证了所提出的控制方法的有效性。相比传统的翼伞跟踪方法,本文提出的方法显示出更优的跟踪性能,该方法能够有效抑制外部扰动的影响,具有良好的控制精度及鲁棒性,有一定的工程应用价值。

关键词：翼伞模型预测控制航迹跟踪优化算法仿真验证

基于能量管理策略的太阳能无人机航迹跟踪控制

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西北工业大学学报 2023年第2期41卷 409-418页

作者：郭林刘飞李佳钰何佩李清东王继维郭阳明西北工业大学计算机学院陕西西安710072 中国航天空气动力技术研究院北京100074 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 西北工业大学伦敦玛丽女王大学工程学院陕西西安710072

协调高空长航时太阳能无人机的高空作业任务与长期能源利用效率之间的冲突,是无人机控制的核心问题之一。基于太阳能无人机的能量获取、储存与消耗存在紧密的耦合关系,提出了一种综合能量管理策略和航迹跟踪控制的方法。基于建立的太阳... 详细信息

协调高空长航时太阳能无人机的高空作业任务与长期能源利用效率之间的冲突,是无人机控制的核心问题之一。基于太阳能无人机的能量获取、储存与消耗存在紧密的耦合关系,提出了一种综合能量管理策略和航迹跟踪控制的方法。基于建立的太阳能无人机三维质点运动模型、储能电池模型以及太阳能获取模型,根据太阳能无人机的气动参数以及太阳能无人机典型的平飞、爬升、下降等运动过程,设计了太阳能无人机能量管理策略,确定了太阳能无人机在不同飞行阶段能量获取、存储与消耗的分配机制及最优飞行参数;利用重力势能储存多余太阳能,进而进行基于高度调整的能量管理,实现对太阳能无人机在不同光照和能量状态下的纵向跟踪控制。同时,结合太阳能无人机横侧向运动的任务要求,通过对太阳能无人机的质点动力学方程进行解耦,建立了基于反馈线性化方法航迹跟踪控制方法,实现太阳能无人机在横侧向的航迹跟踪控制。24 h时间闭合仿真表明,该方法可满足储能电池的最低能量剩余要求以及航迹跟踪控制要求。

关键词：太阳能无人机能量管理策略航迹跟踪反馈线性化

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AUV平面直线航迹跟踪控制算法

浙江大学学报（工学版） 2022年第11期56卷 2127-2134页

作者：叶梦佳王宇轩王赟赖周年曹琳琳吴大转流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027 浙江大学能源工程学院浙江杭州310027 浙江大学湖州研究院浙江湖州313000

针对自主水下航行器(AUV)在平面直线航迹跟踪过程中的航迹超调问题,设计基于航向航速双闭环运动控制的航迹跟踪控制算法.跟踪算法以视线导引法(LOS)为基础,设计时变前视距离提高AUV的机动性,并以一阶惯性滤波抑制因航向切换产生期望航... 详细信息

针对自主水下航行器(AUV)在平面直线航迹跟踪过程中的航迹超调问题,设计基于航向航速双闭环运动控制的航迹跟踪控制算法.跟踪算法以视线导引法(LOS)为基础,设计时变前视距离提高AUV的机动性,并以一阶惯性滤波抑制因航向切换产生期望航向角的阶跃变化.控制算法采用抗积分饱和PID控制及参数自适应,以增加算法的鲁棒性,并将航向航速控制设计成双闭环,使得AUV航行时期望航迹段终点的距离偏差实时调整期望航速.结果表明,此航迹跟踪控制算法根据距离偏差调节实时航速,可使AUV提前减速以低速转向,抗积分饱和可避免航速超调,参数自适应以适应多种航行工况.AUV能准确跟踪期望航迹,最大航迹偏差小于1.0 m,并且大角度转向时可有效减小航迹超调.

关键词：自主水下航行器航迹跟踪视线导引法抗饱和积分双闭环控制

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基于LSTM-KF的无人机航迹跟踪算法

北京邮电大学学报 2022年第5期45卷 121-128页

作者：刘金铭张玉艳张碧玲北京邮电大学网络教育学院北京100876

在量测信息有限的情况下,针对使用单一运动模型的卡尔曼滤波(KF)算法难以应对无人机航道跟踪的问题,提出了一种新颖的将长短期记忆网络(LSTM)和KF算法结合的LSTM-KF算法。首先,使用LSTM预测目标平均速度和瞬时速度的方法解决了非参数模... 详细信息

在量测信息有限的情况下,针对使用单一运动模型的卡尔曼滤波(KF)算法难以应对无人机航道跟踪的问题,提出了一种新颖的将长短期记忆网络(LSTM)和KF算法结合的LSTM-KF算法。首先,使用LSTM预测目标平均速度和瞬时速度的方法解决了非参数模型在位置预测任务中泛化能力差的问题。其次,分析了KF算法使用运动模型的预测局限性,提出利用LSTM的预测结果修正运动模型的预测结果的方法,来降低预测误差。修正后的预测结果与量测数据结合,实现对目标的状态估计。最后,将所提LSTM-KF算法在生成的轨迹上进行了验证,仿真结果证明,LSTM-KF算法比已有模型具有更高的跟踪精度和更强的鲁棒性。

关键词：无人机长短期记忆网络卡尔曼滤波航迹跟踪

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基于UKF的“低慢小”目标航迹跟踪算法

兵器装备工程学报 2022年第S1期43卷 316-320,354页

作者：李亚雄杨新智王宇张鑫伟庄军臣火箭军工程大学西安710025

为解决防空地监哨观测数据不足和观测误差大的问题,建立了“低慢小”目标跟踪的卡尔曼滤波模型。考虑到“低慢小”目标的机动特性,以目标位置、速度、加速度为目标状态,基于singer机动模型建立目标状态方程。而后建立地监哨非线性观测方... 详细信息

为解决防空地监哨观测数据不足和观测误差大的问题,建立了“低慢小”目标跟踪的卡尔曼滤波模型。考虑到“低慢小”目标的机动特性,以目标位置、速度、加速度为目标状态,基于singer机动模型建立目标状态方程。而后建立地监哨非线性观测方程,利用无迹卡尔曼滤波算法进行求解,实现目标的航迹复盘。结果表明,方位角和高低角的估计值与观测值误差绝对值分别在1.6°,0.9°以内。此外,对算法进行适用性分析,在原有观测值的基础上添加方差为0.2的高斯噪声,模拟不同地监哨观测人员的实际观测。仿真结果证明,建立的模型具有抗干扰能力以及适用性。

关键词：防空地监哨 “低慢小”目标无迹卡尔曼滤波航迹跟踪适用性分析

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基于MPC的地形跟随航迹跟踪控制方案设计

控制工程 2023年

作者：卜瑞宇王彪李宏成唐超颖南京航空航天大学自动化学院

针对亚音速固定翼飞行器地形跟随飞行问题，设计了航迹规划及模型预测控制（Model Predictive Control，简称“MPC”）航迹跟踪的整体方案。首先，地形跟随参考航迹曲线形状由三次样条函数结合目标区域地形高程数据，通过求解优化问题... 详细信息

针对亚音速固定翼飞行器地形跟随飞行问题，设计了航迹规划及模型预测控制（Model Predictive Control，简称“MPC”）航迹跟踪的整体方案。首先，地形跟随参考航迹曲线形状由三次样条函数结合目标区域地形高程数据，通过求解优化问题确定。在此基础上，充分发挥MPC预测未来动态变化的能力，设计了惯性系与机体系下进行航迹跟踪与误差评价的新方案。仿真结果表明：在考虑低空风切变和紊流影响的真实地形下，预设方案能有效评价跟踪效果，航迹跟踪策略跟随地形效果理想，跟踪精度高、空速稳定能力强，且满足指标规范的安全要求。

关键词：地形跟随模型预测控制航迹跟踪低空风扰误差评价

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基于最大熵强化学习的自主船舶航迹跟踪研究

舰船科学技术 2023年第23期45卷 78-84页

作者：翟宏睿罗亮杨萌梁新月焦仕昂刘维勤高性能船舶技术教育部重点实验室湖北武汉430000 武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430000 中国舰船研究设计中心湖北武汉430000 武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430000

为解决自主船舶在航迹跟踪过程中使用最大熵强化学习作为控制器出现的收敛速度慢和训练时间长等问题,提出一种基于改进最大熵强化学习的航迹跟踪算法,引入了优先经验回放(PER)技术,并结合视线制导算法(LOS),构建PER-SAC的深度强化学习... 详细信息

为解决自主船舶在航迹跟踪过程中使用最大熵强化学习作为控制器出现的收敛速度慢和训练时间长等问题,提出一种基于改进最大熵强化学习的航迹跟踪算法,引入了优先经验回放(PER)技术,并结合视线制导算法(LOS),构建PER-SAC的深度强化学习控制器,设计了相应的状态、动作空间和奖励函数。仿真结果表明,设计的PER-SAC控制器能快速收敛,收敛稳定后的控制器相较于原始SAC控制器控制性能更稳定,且控制精度更高,为自主船舶的航迹跟踪控制提供了一定参考价值。

关键词：自主船舶航迹跟踪最大熵强化学习视线制导算法优先经验回放

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无人艇航迹跟踪控制系统设计与验证

科学技术与工程 2022年第30期22卷 13527-13536页

作者：刘志强卞涛叶曦刘彬江汉大学智能制造学院武汉430056 广东华中科技大学工业技术研究院东莞523808 华中科技大学人工智能与自动化学院武汉430074

针对复杂湖面环境干扰下的无人艇自主航行控制问题,设计了一种有效的无人艇航迹跟踪控制系统。该系统从航迹跟踪控制算法、数据融合处理、上位机监控三个部分展开设计。在算法设计层面,将航迹跟踪控制问题分为外环和内环两部分,外环部... 详细信息

针对复杂湖面环境干扰下的无人艇自主航行控制问题,设计了一种有效的无人艇航迹跟踪控制系统。该系统从航迹跟踪控制算法、数据融合处理、上位机监控三个部分展开设计。在算法设计层面,将航迹跟踪控制问题分为外环和内环两部分,外环部分提出了一种自适应视线(line of sight,LOS)制导算法,以求解目标航向角作为航向控制器的输入;内环部分设计了无模型自适应比例积分微分(model free adaptive-proportion integration differentiation,MFA-PID)航向控制器,以实现无人艇稳定的航行。在数据处理层面,采用卡尔曼滤波算法对传感器信息进行融合,实现了对无人艇位置和姿态信息的准确估计。在监控层面,设计了一种可视化上位机软件,实时监测无人艇航行状态,保证航行安全。最后,利用实艇进行湖测实验,验证了该控制系统的有效性,结果表明该系统具备在内湖执行任务的能力以及应对复杂环境干扰的能力。

关键词：无人艇航迹跟踪自适应LOS制导无模型自适应控制卡尔曼滤波