Transcript 混合H2/H∞基於航向軌跡來控制低成本的自航器

船舶運動及控制報告
題目:混合H2/H∞基於航向軌跡來控制低成本的自航器
授課教授:曾慶耀老師
報告學生:張正鈺
學號:M98670014
摘要
• 1.利用感測器和應用H2/H∞的控制方法來設計控制器
• 2.使用的數學模型為Nomoto Model
• 3.利用低成本的設備來達到完整的操舵和引導
• 4.證明海上試驗在航向追跡的表現，標準差交叉追踪誤差
為 2.3公尺
1.介紹
• 1.無人載具:UAV、UGV、AUV、ASC
• 2.此艘自航器的用途
• 3.研究載具為一艘長1060毫米，質量12公斤的船
• 4.利用GPS全球定位和易用性
• 5.第一台自航器是由 Elmer Sperry 建構於 1911年
• 6.使用的H2 / H∞ 強健控制技術的基礎上來設計和實施
航向軌跡的控制器
• 7. GPS接收器和一個迴轉儀。總成本低於 100美元
二.數學模型
• 1.Nomoto Model
• 1957年Nomoto提出了兩個轉移函數基本模型對於操作模擬和控制
•
二階的Nomoto Model
k0 ( st 3 )
r ( s)
=
d( s) ( st 1 + 1)( st 2 + 1)
(1)
該Model顯示了動態的影響舵角δ對平擺角速率r
方程式（1）進一步簡化為方程式（2）
這就是所謂的一階Nomoto Model
k0
r (s)
=
d( s ) ( st + 1)
而
(2)
t = t1+ t 2- t3
假設操縱機可線性方程模型作為（3）
d( s)
= G(s)
dm ( s)
(3)
從式子（3）代入式子（2）
k0
r ( s)
=
×G ( s)
d( s) ( st + 1)
(4)
得到的Model從伺服電機命令平擺角速率
r ( s)
k
=
dm ( s) ( st + 1)
k = k0 ×k1
• 2.平移Model
推力T等於總阻力D
T= D
a = b- y = 0
(6)
速度的大小可視為不變
d
(7)
V = 0
dt
.
.
m(u- y v) = T - D ×cos a
.
.
m(v- y u ) = - D ×sin a
(8)
(9)
ìï u = V ×cos a ü
ïï
ïí
ý
ïï v = V ×sin a ïï
î
þ
(10)
.
D
a= ×tan a - y
mV
(11)
.
.
1
a= a- y
l
.
當 l = mV /D
(12)
.
l b+ b = y
(13)
b ( s)
k
=
dm ( s) s(l s + 1)( st + 1)
(14)
b d ( s)
k
= e- sTd
dm (s)
s(l s + 1)(st + 1)
(15)
• 3.Course-following Model
AB´ Ao
d=
AB
g= b- q
.
d = V ×p /180 ×g
.
d = V ×sin g
(16)
(17)
(18)
(19)
- sTd
e
1- s(Td / 2)
»
1 + s(Td / 2)
(20)
三、控制器分析
• 1.視線導航軌跡追蹤控制(line of sight)
• 2.按照直線分割方向的指定waypoints
• 3.混合H2 / H∞方法地應用
Line of sight
X軸
XWP
ψg
XG
YG
YWP
Y軸
æ YWP - YG ö
÷
÷
y = tan ççç
÷
÷
è X WP - X G ø
- 1
2
2
[XWP - X G ] + [YWP - YG ] £ 2LWP
4.Testbed Description
5.Experimental Results
六、結論
• 1.使用低成本GPS和迴轉儀來設計和驗證小船的航道追跡控
制器
• 2.混合H2 / H∞的方法來測試H2範數最佳化航道追跡的性能
• 3.海上試驗共1.1km的航道追跡誤差的總標準差為2.3m，航
道保持誤差為1.4m的標準差
• 4.從實驗數據看到建模與控制的方法用於小型自航器的航道
追跡的控制，低成本的感測器，是相當有效的
謝謝聆聽