随机海浪干扰下的无人水面艇编队分布式协同控制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61503158
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0309.机器人学与智能系统
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Surge, swaying stochastic forces and yaw, rolling stochastic moments can be produced as seawave stochastic disturbances working on the formation of unmanned surface vessels . The stochastic forces and moments, which are coupled by nonlinear system models of the vessel formation, increases nonlinear characteristics and stochastic disturbances quantity of the formation system. Meanwhile, rolling stochastic moments rock the vessels, which leads to severe stochastic measurement noises in the measured vessel states. Therefore, the stochastic disturbances not noly deteriorate formation control accuracy, but also increase collision hazard of the vessel formation. In the face of these problems, the objective of this project is to design distributed cooperative control for the surface vessel formation under stochastic disturbances. The research mainly includes: (1) To construct stochastic system models for the surface vessel formation, and to integrate Kalman filters with neural networks to enhance estimation accuracy of vessels states, which can decrease the effect on states estimation from stochastic seawave disturbances and measurement noises; (2) To propose Kalman consenus filters for virtual leder consensus estimation, such that the accuracy and speed of consensus estimation can be enhanced under coloured measurement noises; (3) To design distributed stochastic predictive self-tuning control by neural network-based feedforward compensation, such that formation control accuracy can by improved by both the feedforward compensation and statistic characteristics of stochastic disturbances, and collision hazard can be decreased by virtual of both prior consideration of constraints and receding horizon optimization in stochastic model predictive control.
随机海浪干扰作用于无人水面艇编队,产生了纵荡、横荡随机干扰力及艏摇、横摇随机干扰力矩。这些干扰力和力矩与编队水面艇的非线性模型相耦合,增大了系统的非线性特性和随机干扰量;而横摇干扰力矩使得水面艇处于摇晃状态,导致水面艇状态被随机量测噪声严重污染。因此,随机海浪干扰不仅恶化水面艇编队控制精度,而且增加编队碰障风险。针对以上问题,本项目研究随机干扰下水面艇编队分布式协同控制,包括:(1)建立符合海况的水面艇编队随机系统模型,并联合卡尔曼滤波和神经网络提高水面艇状态估计的精度,降低随机海浪和量测噪声对状态的影响;(2)提出对虚拟领航者的卡尔曼一致滤波估计,提高量测有色噪声下一致估计的精度和速度;(3)设计神经网络前馈补偿的分布式随机预测自校正控制, 利用神经网络的前馈补偿和随机扰动的统计特性,提高随机干扰下编队控制精度;利用随机预测控制事先考虑约束和滚动优化的优点,降低随机干扰下编队的碰障风险。

结项摘要

随机海浪干扰作用于无人水面艇编队,产生了纵荡、横荡随机干扰力及艏摇、横摇随机干扰力矩。这些干扰力和力矩与编队水面艇的非线性模型相耦合,增大了系统的非线性特性和随机干扰量;而横摇干扰力矩使得水面艇处于摇晃状态,导致水面艇状态被噪声严重污染且增加了倾覆的可能。因此,随机海浪干扰不仅恶化水面艇编队控制精度,而且增加编队碰障风险和倾覆的风险。针对以上问题,该项目联合卡尔曼滤波和扰动观测器提高了水面艇状态估计的精度,降低了随机海浪和量测噪声对状态的影响;建立了自适应卡尔曼一致滤波估计虚拟领航者的状态,提高了随机干扰下领航者的估计精度;根据虚拟结构法将编队控制问题转化为带有约束的轨迹跟踪问题;基于预测控制、障碍李雅普诺夫函数等设计了存在状态和控制输入约束的无人水面艇控制,极大降低了碰障风险和倾覆可能且完成了期望轨迹的跟踪,进而实现了随机干扰下无人水面艇的编队。在该项目资助下,共计发表国内外权威期刊和会议论文17篇,其中SCI论文9篇。圆满完成了项目预期指标。本项目的研究促进了水面艇控制理论的发展,并为水面艇的应用提供了重要技术支持。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(0)
Robust adaptive control for prescribed performance tracking of constrained uncertain nonlinear systems
约束不确定非线性系统规定性能跟踪的鲁棒自适应控制
  • DOI:
    10.1016/j.jfranklin.2018.09.005
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of the Franklin Institute
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Sun Tairen;Pan Yongping
  • 通讯作者:
    Pan Yongping
动态受限机械臂的局部加权学习控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    系统仿真学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王刚;孙太任
  • 通讯作者:
    孙太任
Adaptive Control for Nonaffine Nonlinear Systems Using Reliable Neural Network Approximation
使用可靠神经网络逼近的非仿射非线性系统的自适应控制
  • DOI:
    10.1109/access.2017.2763628
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    孙太任;潘永平
  • 通讯作者:
    潘永平
无人水面艇复合自适应轨迹跟踪控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    计算机应用研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王亮;孙太任;卫毓骊
  • 通讯作者:
    卫毓骊
Composite adaptive locally weighted learning control for multi-constraint nonlinear systems
多约束非线性系统的复合自适应局部加权学习控制
  • DOI:
    10.1016/j.asoc.2017.09.011
  • 发表时间:
    2017-12
  • 期刊:
    Applied Soft Computing
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    孙太任;潘永平;杨辰光
  • 通讯作者:
    杨辰光

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其他文献

observer-based adaptive leader-following formation control for non-holonomic mobile robots
基于观测器的非完整移动机器人自适应引导跟随编队控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016-11
  • 期刊:
    IET Control Theory and Applications
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    孙太任;裴海龙
  • 通讯作者:
    裴海龙
非完整约束移动机器人基于观测器的自适应跟随领航队形控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    IET Control Theory and Applications
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    孙太任;刘富春;裴海龙
  • 通讯作者:
    裴海龙
状态受限的小小型型无人直升机轨迹跟踪控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    Control Theory & Applications
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周洪波;裴海龙;贺跃帮;孙太任;ZHOU Hong-bo1,PEI Hai-long2,HE Yue-bang2,SUN Tai-r;2.College of Automation Science;Technology,Sou
  • 通讯作者:
    Technology,Sou
干扰下的无人直升机自适应反步法鲁棒跟踪控制(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    控制理论与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    贺跃帮;裴海龙;周洪波;孙太任
  • 通讯作者:
    孙太任

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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