基于LQR和ZOA的无人水面水翼航行器耐波性研究

TJ630; 文中选取横摇、纵摇和垂荡运动幅值为衡量耐波性的指标,采用线性二次型调节器(LQR),并用斑马优化算法(ZOA)优化LQR参数,完成了无人水面水翼航行器耐波性研究.首先,以无人水面水翼航行器为研究对象,以差动襟翼转动角度和电机推力作为控制变量,建立其运动学与动力学模型,并将数学模型进行线性化处理;然后,将不规则海浪的质点垂加速度与波倾角作为干扰,采用Simulink进行LQR仿真;以降低无人水面水翼航行器航行过程中的运动幅值为目标,在不同采样频率及种群数量下,分别使用ZOA和粒子群算法对LQR的参数进行寻优并作对比;最后在不同遭遇角的随机海浪干扰下对耐波性指标进行仿真分析,验证LQ...

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Published in水下无人系统学报 Vol. 33; no. 1; pp. 65 - 73
Main Authors 水新华, 段富海
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 大连理工大学机械工程学院,辽宁大连,116024 2025
Subjects
斑马优化算法
无人水面水翼航行器
hydrofoil-equipped unmanned surface vehicle
linear quadratic regulator
seakeeping
耐波性
zebra optimization algorithm
线性二次型调节器
随机海浪
random ocean waves
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ISSN2096-3920
DOI10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0083

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Summary:TJ630; 文中选取横摇、纵摇和垂荡运动幅值为衡量耐波性的指标,采用线性二次型调节器(LQR),并用斑马优化算法(ZOA)优化LQR参数,完成了无人水面水翼航行器耐波性研究.首先,以无人水面水翼航行器为研究对象,以差动襟翼转动角度和电机推力作为控制变量,建立其运动学与动力学模型,并将数学模型进行线性化处理;然后,将不规则海浪的质点垂加速度与波倾角作为干扰,采用Simulink进行LQR仿真;以降低无人水面水翼航行器航行过程中的运动幅值为目标,在不同采样频率及种群数量下,分别使用ZOA和粒子群算法对LQR的参数进行寻优并作对比;最后在不同遭遇角的随机海浪干扰下对耐波性指标进行仿真分析,验证LQR和ZOA算法的有效性与可行性,并给出无人水面水翼航行器的合理航向角,为其姿态控制及耐波性研究提供理论参考.
ISSN:2096-3920
DOI:10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0083