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一种有效顾及复杂海域避碰的路径规划方法

哈尔滨工程大学学报 2023年第1期44卷 56-64页

作者：张立华周寅飞贾帅东蔡烽戴泽源袁浩海军大连舰艇学院军事海洋与测绘系辽宁大连116018 海军大连舰艇学院海洋测绘工程军队重点实验室辽宁大连116018 海军大连舰艇学院航海系辽宁大连116018

针对现有舰船避碰路径规划方法难以适用于复杂海域的现状,本文提出一种有效顾及复杂海域避碰的路径规划方法。首先,通过K-means方法将舰船避碰阶段选用合理的危险度判别指标进行划分;然后,依据Nomoto模型进行航迹推演,预测舰船在一定时... 详细信息

针对现有舰船避碰路径规划方法难以适用于复杂海域的现状,本文提出一种有效顾及复杂海域避碰的路径规划方法。首先,通过K-means方法将舰船避碰阶段选用合理的危险度判别指标进行划分;然后,依据Nomoto模型进行航迹推演,预测舰船在一定时间分辨率后的航迹;接着,在避碰阶段中剔除具有碰撞危险和不符合此阶段避碰规则的预测航迹,并在余下的预测航迹中选取危险度最小的航迹作为最优预测航迹;最后,在正常航行阶段建立遴选函数,选取最优预测航迹,将所有最优预测航迹合成以生成路径。实验结果表明:相对于当前先进的改进人工势场方法来说,所提方法在只有点状碍航区的较简单环境下可有效提升规划效率;所提方法在有各类碍航区的较复杂海域,能顾及来船的航向变化,规划出遵循国际海上避碰规则的避碰路径。

关键词：路径规划复杂海域避碰危险度评价国际海上避碰规则舰船动态路径规划动力学

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带有避碰机制的2阶非线性多智能体系统包围编队研究

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兵工学报 2016年第9期37卷 1646-1654页

作者：曹昊哲吴炎烜周峰王正杰北京理工大学机电学院北京100081

当前关于包围编队的研究没有考虑一定条件下跟随者之间可能出现的碰撞问题。基于图论、矩阵分析、非线性分析,研究带有避碰机制的2阶非线性多智能体系统包围编队问题,分别设计了带有避碰机制的静态和自适应包围编队协议,并结合李雅普诺... 详细信息

当前关于包围编队的研究没有考虑一定条件下跟随者之间可能出现的碰撞问题。基于图论、矩阵分析、非线性分析,研究带有避碰机制的2阶非线性多智能体系统包围编队问题,分别设计了带有避碰机制的静态和自适应包围编队协议,并结合李雅普诺夫分析方法得到包围协议稳定的充分条件。通过仿真实验验证包围编队协议的有效性。研究结果表明:协议可使跟随者的运动轨迹最终趋向以所有领导者运动轨迹张成凸包的有限半径范围内,同时所有跟随者之间距离均始终大于安全距离。

关键词：兵器科学与技术一致性问题包围控制避碰多智能体系统

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自动导引车系统避碰及环路死锁控制方法

计算机集成制造系统 2015年第5期21卷 1244-1252页

作者：肖海宁楼佩煌盐城工学院机械工程学院江苏盐城224051 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

为了避免单向导引路径网络中各自动导引车间发生碰撞及系统死锁,以基于单向导引路径网络的自动导引车系统为研究对象,提出一种避免自动导引车间碰撞的避碰方法。针对基于单向导引路径的自动导引车系统特点,建立了基于有向图的自动导引... 详细信息

为了避免单向导引路径网络中各自动导引车间发生碰撞及系统死锁,以基于单向导引路径网络的自动导引车系统为研究对象,提出一种避免自动导引车间碰撞的避碰方法。针对基于单向导引路径的自动导引车系统特点,建立了基于有向图的自动导引车系统运行状态模型,基于该模型提出一种环路死锁搜索方法。定义了包括单环路和多环路死锁临界状态的环路死锁临界状态概念,针对两种环路死锁临界状态,设计了对应的死锁控制策略。通过仿真证明了所提方法的有效性。

关键词：自动导引车系统避碰环路死锁有向图单向导引路径网络

基于矢量场制导法和模型预测控制的船舶路径跟踪与避碰

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上海交通大学学报 2024年第11期58卷 1644-1653页

作者：何宇欧阳子路邹璐陈伟民邹早建上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海船舶运输科学研究所有限公司上海200135

为提高船舶路径跟踪和避碰效果,提出了一种基于矢量场制导法的模型预测控制方法.首先,采用矢量场制导算法将船舶的路径跟踪和船舶避碰问题转换为航向控制问题;然后,采用一阶Nomoto响应模型作为模型预测控制的动力学模型,考虑船舶的舵角... 详细信息

为提高船舶路径跟踪和避碰效果,提出了一种基于矢量场制导法的模型预测控制方法.首先,采用矢量场制导算法将船舶的路径跟踪和船舶避碰问题转换为航向控制问题;然后,采用一阶Nomoto响应模型作为模型预测控制的动力学模型,考虑船舶的舵角输入受限问题,引入干扰观测器对模型误差项和环境扰动进行补偿,并应用Lyapunov理论证明了所设计的路径跟踪控制系统的稳定性;最后,设计了基于矢量场制导法的避碰策略,使船舶在路径跟踪的过程中同时完成自主避碰.仿真计算结果表明,开发的方法可以使船舶在波浪干扰作用下准确地跟踪目标路径并有效实现避碰.

关键词：船舶路径跟踪避碰模型预测控制矢量场制导法干扰观测器

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基于末端杆件姿态约束的串联机器臂避碰策略

同济大学学报（自然科学版） 2016年第1期44卷 128-135页

作者：王恒升黄平伦彭天博中南大学高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083 中南大学机电工程学院湖南长沙410083

根据双臂凿岩台车上六自由度串联机械臂的工作特点,为减小机械臂运动干涉的可能性,提出了该机械臂在运动过程中保持末端杆件垂直于工作断面的姿态约束条件,并给出实现这一约束条件的运动学方法和空间杆件发生干涉的判断式.针对某隧道断... 详细信息

根据双臂凿岩台车上六自由度串联机械臂的工作特点,为减小机械臂运动干涉的可能性,提出了该机械臂在运动过程中保持末端杆件垂直于工作断面的姿态约束条件,并给出实现这一约束条件的运动学方法和空间杆件发生干涉的判断式.针对某隧道断面64个炮孔设计,对机械臂运动进行了仿真,结果表明文中所提方法具有良好的避碰效果.

关键词：六自由度串联机械臂避碰运动干涉姿态约束

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近距离会遇时船舶避碰动态辅助模型

哈尔滨工程大学学报 2021年第9期42卷 1256-1261页

作者：王欣刘正江李铁山大连海事大学航海学院辽宁大连116026

为了协助船员快速确定合理的避碰策略,本文通过将船舶操纵运动数学模型、控制算法以及避碰要素动态数学模型相结合,提出一种充分考虑船舶运动特性的近距离会遇时船舶避碰动态辅助模型。选取具有较高精度的3自由度分离型船舶运动模型(MM... 详细信息

为了协助船员快速确定合理的避碰策略,本文通过将船舶操纵运动数学模型、控制算法以及避碰要素动态数学模型相结合,提出一种充分考虑船舶运动特性的近距离会遇时船舶避碰动态辅助模型。选取具有较高精度的3自由度分离型船舶运动模型(MMG模型)描述避碰过程中船舶操纵运动特性。将MMG模型等价变换得到非仿射纯反馈形式的船舶操纵运动控制系统,利用后推控制设计方法,并结合隐函数定理、中值定理、神经网络、动态面控制技术,设计了一种结构简单、效果良好的直接自适应控制算法。同时基于MMG模型特点,构建了准确适用的船舶避碰要素动态计算数学模型。利用2艘相距较近且处于交叉相遇局面的船舶进行避碰仿真和对比研究。结果表明:所提出的避碰动态辅助模型能准确描述避碰过程中船舶操纵运动轨迹,能计算出符合实际的船舶避碰要素数值,能够为船舶采取有效的避碰行动提供辅助支撑。

关键词：海上安全海上航行避碰事故预防船舶模型运动控制自适应控制系统神经网络

基于模型预测控制的多无人机避碰航迹规划研究

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西北工业大学学报 2017年第3期35卷 513-522页

作者：李相民薄宁代进进海军航空工程学院山东烟台264001

针对无人机编队内避碰问题,提出一种可实时机间避碰以及多碰撞冲突管理的多无人机协同航迹规划方案。通过对UAV编队避碰问题进行分析,采用分布式模型预测控制(decentralized model predictive control,DMPC)方法,将其转换为滚动在线优... 详细信息

针对无人机编队内避碰问题,提出一种可实时机间避碰以及多碰撞冲突管理的多无人机协同航迹规划方案。通过对UAV编队避碰问题进行分析,采用分布式模型预测控制(decentralized model predictive control,DMPC)方法,将其转换为滚动在线优化问题。设计了避碰管理单元,采用交互图更新机制解决多碰撞管理问题,运用基于角度变化的协同避碰规则,解决了分布式避碰问题的动作一致性问题。仿真结果表明,该方案可以有效解决4架无人机间多碰撞冲突问题,同时代价更小。

关键词： DMPC 无人机避碰航迹规划交互图

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地面强激光操控空间碎片避碰的控制策略

红外与激光工程 2017年第3期46卷 22-27页

作者：侯重远李恒年杨元路毅西安卫星测控中心宇航动力学国家重点实验室陕西西安710043

日益增长的太空碎片为载人空间站和卫星带来严重的安全挑战。2011年,NASA提出使用地面连续激光照射空间碎片,利用其微弱的光压力效应,通过长期积累,改变其轨道,从而预防其与航天器可能的碰撞。这一碰撞避免方法并不把太空碎片拉回大气层... 详细信息

日益增长的太空碎片为载人空间站和卫星带来严重的安全挑战。2011年,NASA提出使用地面连续激光照射空间碎片,利用其微弱的光压力效应,通过长期积累,改变其轨道,从而预防其与航天器可能的碰撞。这一碰撞避免方法并不把太空碎片拉回大气层内,而是防止碰撞,由于不需要航天器机动,且光压的温和作用也对激光器发射功率没有太高要求,因此这种避碰方法受到广泛关注。然而,该方法的提出者采用的迎面照射控制律尽管简单但非最优,故需要设计最优控制律。通过建立两点边值问题模型,以两物体之间距离的最大化为控制目标,求解了最优性条件。仿真显示,经优化后控制律的避碰效果提高程度非常显著,提高幅度与初轨有关,通常为25%~125%。

关键词：地基激光系统控制策略空间碎片避碰

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考虑避碰约束的编队卫星入网路径规划

西北工业大学学报 2012年第2期30卷 212-216页

作者：黄河周军刘莹莹西北工业大学精确制导与控制研究所陕西西安710072

提出了一种新的考虑避碰约束的编队卫星入网路径规划策略。首先通过常规编队卫星入网的多脉冲线性规划方法,得到一组卫星入网的脉冲序列,以此预测轨道机动过程中各星之间的最小距离,当最小距离小于安全距离时,将最小距离前后脉冲施加时... 详细信息

提出了一种新的考虑避碰约束的编队卫星入网路径规划策略。首先通过常规编队卫星入网的多脉冲线性规划方法,得到一组卫星入网的脉冲序列,以此预测轨道机动过程中各星之间的最小距离,当最小距离小于安全距离时,将最小距离前后脉冲施加时刻的相对位置作为约束条件,重新规划卫星入网轨迹,迭代进行直到满足避碰要求。仿真结果表明,该方法由于减少了路径规划过程中约束条件的个数,能够快速地规划出考虑避碰约束时的编队卫星入网轨迹,且有效节省燃料消耗。

关键词：卫星编队入网避碰线性规划