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[发明专利]一种改进Sage-Husa自适应滤波的SINS/GPS组合导航方法-CN202310540247.1在审
发明人：文胜;刘彩云;栾添添;孙明晓;佟海艳 -专利权人：哈尔滨理工大学
申请日： 2023-05-12 - 公布日： 2023-08-08 - 主分类号： G01C21/16 文献下载
摘要：本发明提出了一种改进Sage‑Husa自适应滤波的SINS/GPS组合导航方法。本发明的主要步骤包括：组合导航系统状态方程建立、量测方程建立、系统方程离散化、滤波状态更新、量测噪声估计、滤波异常判定、渐消因子计算、量测更新、反馈修正。相比传统的基于Sage‑Husa滤波的SINS/GPS组合导航方法，本发明方法能够有效降低量测异常和模型误差对组合导航系统的影响，提高组合导航系统的稳定性和定位精度。
一种改进 sage husa 自适应滤波 sins gps 组合导航方法

[发明专利]考虑速度传感器失效的无人潜航器轨迹跟踪控制方法-CN202211453151.3有效
发明人：栾添添;吴凯;孙明晓;尤波;徐东昊;佟海艳;姚汉红 -专利权人：哈尔滨理工大学
申请日： 2022-11-21 - 公布日： 2023-07-25 - 主分类号： G05D1/06 文献下载
摘要：本发明提供一种考虑速度传感器失效的无人潜航器轨迹跟踪控制方法，包括：建立航行数学模型，设定期望轨迹数学模型；设计基于位置信号的速度观测器，在此基础上设计纵向力矩和横向力矩干扰观测器；设计纵向速度和横向速度的虚拟控制律，导入指令滤波器对虚拟控制律的幅值及速度进行约束，并解决对虚拟控制律高阶求导产生计算复杂度增加问题；基于虚拟控制律及指令滤波器的输出设计轨迹跟踪滑模控制器，同时基于干扰观测器的估计值对纵向力矩和横向力矩的扰动进行补偿；本发明的技术方案解决了现有技术方案中未考虑无人潜航器在经过水下作业后速度传感器性能失效，控制器力矩输出超过无人潜航器推进器最大输出而导致控制器跟踪失效的问题。
考虑速度传感器失效无人潜航轨迹跟踪控制方法

[发明专利]一种基于深度学习的视觉/惯性组合导航方法-CN202310194348.8在审
发明人：李麒麟;刘彩云;栾添添;孙明晓;佟海艳 -专利权人：哈尔滨理工大学
申请日： 2023-03-02 - 公布日： 2023-06-27 - 主分类号： G01C21/16 文献下载
摘要：本发明属于无人机视觉/惯性组合导航领域，提出了一种基于深度学习的视觉/惯性组合导航方法。该方法利用Mask R‑CNN神经网络预处理相机输出图像，增强了图像的特征识别；通过里程计算法求解无人机姿态信息；同时惯性导航部分对测量数据预积分，保持传感器之间的数据同步；利用陀螺仪、加速度计输出求解惯性导航部分的航姿信息；最后通过集中式容错卡尔曼滤波对视觉和惯性导航两部分的观测信息融合预测得到航姿最优误差估计，并对视觉里程计和IMU的原始数据进行修正优化。本发明具有导航精度高、可持续性强、强鲁棒性等特点。
一种基于深度学习视觉惯性组合导航方法

[发明专利]基于新型障碍Lyapunov函数的非线性系统输出约束控制方法-CN202310343597.9在审
发明人： 佟海艳;王烁然;刘彩云;王珺吉;付雪莲 -专利权人：哈尔滨理工大学
申请日： 2023-03-31 - 公布日： 2023-06-23 - 主分类号： G05B13/04 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于新型障碍Lyapunov函数的非线性系统输出约束控制方法，本发明涉及轨迹跟踪控制领域，尤其涉及一种基于新型障碍Lyapunov函数的非线性系统的路径跟踪及输出约束控制方法，包含以下步骤：步骤(1)：建立二阶非线性系统的数学模型；步骤(2)：设计新型障碍Lyapunov函数；步骤(3)：获得非线性系统的跟踪误差动态模型；步骤(4)：设计一阶惯性滤波器；步骤(5)：设计基于新型障碍Lyapunov函数的非线性输出约束系统的Lyapunov函数以及虚拟控制输入；步骤(6)：设计非线性系统约束控制器；步骤(7)：仿真验证。本发明为解决实际工程应用中的物理限制、系统性能、安全指标等带来的约束问题，通过构建一种新型障碍Lyapunov函数处理系统输出约束，该函数可将有约束和无约束(约束无界)的情况统一在同一方法中，并且具有更好的暂态性能和稳态性能。
基于新型障碍 lyapunov 函数非线性系统输出约束控制方法

[发明专利]一种考虑海浪干扰的无人艇回收分布式决策仿真系统-CN202211277205.5有效
发明人：栾添添;尹昭然;佟海艳;孙明晓;尤波;姚汉红;付强;甄立强 -专利权人：哈尔滨理工大学
申请日： 2022-10-19 - 公布日： 2023-05-16 - 主分类号： G05B17/02 文献下载
摘要：本发明公开了一种考虑海浪干扰的无人艇回收分布式决策仿真系统，完成海洋作业中母船对无人艇的自动回收任务。首先，搭建无人艇回收任务所需的仿真环境；基于DuelingNetwork算法设计决策模块，并针对应用场景优化神经网络结构，使决策模块具有短时记忆功能；实现分布式通信机制，将决策模块置于服务器端，环境模块置于客户端；最后，启动服务器与客户端程序，控制无人艇抽象的智能体完成回收任务。该系统针对实际复杂海况，设计模拟物理交互的仿真环境；采用深度强化学习算法，使得AI控制器应对复杂场景时，具有更强的鲁棒性，且让模型具有迁移学习能力；分布式通信机制将训练与控制独立运行，便于实现离线训练，同时可以实现远程控制效果。
一种考虑海浪干扰无人回收分布式决策仿真系统

[发明专利]一种基于指数型非线性映射的气垫船进坞艏向控制方法-CN202211330323.8在审
发明人： 佟海艳;王珺吉;栾添添;孙明晓;刘彩云 -专利权人：哈尔滨理工大学
申请日： 2022-10-27 - 公布日： 2023-02-03 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：本发明公开了基于指数型非线性映射的气垫船进坞艏向控制方法，本发明以船舶进坞为背景涉及非线性状态约束领域，尤其涉及基于指数型非线性映射的气垫船进坞艏向控制器，包含以下步骤：步骤(1)：建立气垫船运动三自由度数学模型；步骤(2)：构建新型映射函数；步骤(3)：约束范围平移；步骤(4)：通过映射函数对非线性系统进行映射；步骤(5)：设计基于指数型非线性映射的气垫船进坞艏向控制器；步骤(6)：仿真验证。本发明解决了气垫船在进坞时与两侧壁刮碰的问题，通过指数型映射函数将原系统进行映射得到无约束的新系统，将映射后系统的艏向误差引入到控制器的设计中，来提高气垫船稳态性能，从而达到安全进坞的效果。
一种基于指数非线性映射气垫船进坞艏控制方法

[发明专利]基于指令滤波反步法的船舶动力定位辅助锚泊系统设计-CN202211330354.3在审
发明人：刘彩云;韩旭;陈兴华;佟海艳 -专利权人：哈尔滨理工大学
申请日： 2022-10-27 - 公布日： 2023-02-03 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：本发明提供的是一种基于指令滤波反步法的船舶动力定位辅助锚泊系统(Dynamic Positioning Assisted Mooring，简称DPAM)设计方法。包括锚泊系统(1)、指令滤波控制器(2)、推进器系统(3)、位置参考系统(4)、传感器系统(5)、DPAM船舶(6)、有限时间干扰观测器(7)、显控计算机(8)、导引系统(9)、张力传感器(10)等。本发明采用指令滤波反步法设计控制器，避免了对虚拟控制律复杂的求导运算过程，有效的提高了船舶动力定位系统的的定位精度。同时，借助非线性有限时间干扰观测器对时变海洋环境干扰做出有限时间估计，存在外界干扰的情况下系统能够获得到较好的控制效果。
基于指令滤波步法船舶动力定位辅助锚泊系统设计

[发明专利]一种基于有限时间指令滤波反步法的船舶动力定位控制系统及方法-CN202211330399.0在审
发明人：刘彩云;岳承志;陈兴华;佟海艳 -专利权人：哈尔滨理工大学
申请日： 2022-10-27 - 公布日： 2023-02-03 - 主分类号： G05B13/04 文献下载
摘要：本发明提供的是一种基于有限时间指令滤波反步法的船舶动力定位控制系统及方法，包括显控计算机(1)，有限时间指令滤波反步控制器(2)，RBF神经网络误差补偿系统(3)，推进系统(4)，动力定位船舶(5)，传感器系统(6)。本发明的基于有限时间指令滤波反步法的船舶动力定位控制系统及方法首先考虑了船舶运动中的未建模动态和误差以及推进器的动态特性，将控制系统变为一个三阶系统；其次，采用自适应神经网络方法对系统中的未知干扰进行了估计；最后，在指令滤波反步控制器设计中引入了有限时间控制技术，使其具有有限时间的特性，并利用Lyapunov稳定性理论证明了系统跟踪误差和参数估计误差能在有限时间内收敛。
一种基于有限时间指令滤波步法船舶动力定位控制系统方法

[发明专利]一种气垫船垫升系统模型构建方法-CN202010396065.8有效
发明人：王元慧;马庆严;张晓云;王成龙;佟海艳;王晓乐;蒋希赟 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2020-05-12 - 公布日： 2023-01-03 - 主分类号： G06F30/28 文献下载
摘要：本发明涉及的是一种用于仿真实验的模型建立方法，具体涉及的是一种气垫船垫升系统模型构建方法。本发明包括步骤一：建立垫升风机方程，包含气体流量、风机转速和风机压力；步骤二：计算气垫体积变化率，建立波浪泵气方程，包含气体流量、各气室压力、采样时间；步骤三：计算围裙的泄流面积，得到围裙的泄流方程，包含围裙泄流量、各气室压力。本发明不同位置围裙柔性囊具有不同的功能作用：纵向分隔裙、横向分隔裙设计向外倾斜，有利于越过障碍物，而且不会出现兜水现象；艏部围裙囊遇障碍物向内倾斜起减震作用；船舷围裙能够向后倾斜以便减少航行阻力。
一种气垫船系统模型构建方法

[发明专利]一种基于事件预测的气垫船登滩节能控制方法-CN202110372694.1有效
发明人：王元慧;马庆严;高嵩;张晓云;佟海艳;王晓乐;郝航;张俊峰 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2021-04-07 - 公布日： 2023-01-03 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：本发明提供一种基于事件预测的气垫船登滩节能控制方法，第一，选用工作在离散状态下的离散事件触发器，设计事件触发的阈值方程组，这个阈值方程组的第一个方程设计依据为通过气垫船在登滩爬坡过程中临界受力平衡条件求得的最大艏向角；第二，通过气垫船运动数学模型得出舵角与艏向角的预测模型，采用极大似然法对预测模型进行在线参数估计。第三，设计事件触发控制器，结合事件触发机制将需要控制的状态发送给控制器，控制器通过模糊算法解算后输出舵角控制量，将艏向角控制在安全范围内。本发明可以有效降低系统内交互的数据量，节省存储空间；同时减少了执行器的调整频率降低执行器的磨损，起到了节能的作用。
一种基于事件预测气垫船节能控制方法

[发明专利]一种基于误差动态补偿的气垫船有限时间航向跟踪方法-CN202211329576.3在审
发明人： 佟海艳;许家忠;谢文博;邓立为;刘彩云;李鸣阳 -专利权人：哈尔滨理工大学
申请日： 2022-10-27 - 公布日： 2022-12-27 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于误差动态补偿的气垫船有限时间航向跟踪方法，本发明涉及航向跟踪控制技术领域，尤其涉及一种基于误差动态补偿的气垫船有限时间航向跟踪方法在气垫船航向跟踪领域，包含以下步骤：步骤(1)：建立气垫船运动三自由度数学模型；步骤(2)：获取艏向跟踪误差；步骤(3)：设计跟踪误差补偿动态律；步骤(4)：设计基于误差动态补偿的有限时间艏向控制器；步骤(5)：设计纵荡反步控制器；步骤(6)：仿真验证。本发明要解决气垫船在航向跟踪过程中易受外界环境干扰，导致的可控性差和跟踪精度低的问题，通过将跟踪误差以动态补偿方式引入到控制器的设计中，来提高气垫船航向跟踪的暂态及稳态性能。
一种基于误差动态补偿气垫船有限时间航向跟踪方法

[发明专利]一种基于三角函数型映射的无人船路径跟踪约束控制方法-CN202211329526.5在审
发明人： 佟海艳;付雪莲;刘彩云;王海滨 -专利权人：哈尔滨理工大学
申请日： 2022-10-27 - 公布日： 2022-12-23 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于三角函数型映射的无人船路径跟踪约束控制方法，本发明涉及路径跟踪技术领域，尤其涉及基于三角函数型映射的无人船路径跟踪约束控制方法，包含以下步骤：步骤(1)：建立无人船运动三自由度数学模型；步骤(2)：构建非线性映射函数；步骤(3)：对原有系统的状态进行非线性映射变换，得到无约束系统；步骤(4)：设计基于三角函数型映射的艏向直接约束控制器；步骤(5)：设计基于三角函数型映射的纵荡直接约束控制器；步骤(6)：仿真验证。本发明要解决无人船在行驶过程中环境受限导致的约束问题，通过构建一种三角函数型映射函数处理状态约束，将原来受约束限制的系统映射为无约束的新系统，基于新系统设计控制器。
一种基于三角函数映射无人路径跟踪约束控制方法

[发明专利]一种气垫船航迹保持舵桨协同控制与分配方法-CN201910613554.1有效
发明人：王元慧;马庆严;王成龙;徐玉杰;刘建旭;佟海艳;王晓乐;刘冲 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2019-07-09 - 公布日： 2022-10-14 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：本发明属于船舶领域，公开了一种气垫船航迹保持舵桨协同控制与分配方法，包含如下步骤：步骤(1)：获得气垫船当前的位置和当前的艏向角，计算出气垫船的位置偏差和艏向角偏差；步骤(2)：采用PID控制器，将位置偏差信号传递给航迹控制器，将艏向角偏差信号传递给航向控制器；步骤(3)：对遗传算法中的选择算子和交叉规则进行改进，使用改进后的遗传算法对航迹控制器和航向控制器进行参数寻优；步骤(4)：添加故障补偿环节对串接链控制分配模块进行改进，将进行参数寻优后的航迹控制器和航向控制器的输出指令传递到改进后的串接链控制分配模块进行舵桨推力分配。本发明克制了早熟现象，避免了出现局部最优解的问题，提高了可靠性。
一种气垫船航迹保持协同控制分配方法

[发明专利]一种基于改进蚁群算法和椭圆碰撞锥推演模型的无人水面艇双层避碰方法-CN201910476197.9有效
发明人：王元慧;陈伟;张晓云;赵博;佟海艳;张潇月;佘文超;张玉宝 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2019-06-03 - 公布日： 2022-07-15 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：本发明提供一种基于改进蚁群算法和椭圆碰撞锥推演模型的无人水面艇双层避碰方法，首先，利用MKLINK图论技术为无人艇生成海上环境地图模型，然后对蚁群算法的状态转移概率进行改进优化出无人艇的全局最短路径，同时判断是否会有运动碍航物相遇而来，有则调用局部层的椭圆锥碰撞推演算法实时调整无人艇的动态路径。最后，将两种智能避碰方法通过滚动协调配合的原理进行耦合，形成无人水面艇海上航行时的双层智能避碰方法。本发明通过无人水面艇路径规划技术和基于椭圆碰撞锥推演模型的局部避碰技术滚动协同配合，实现无人艇在执行搜救、勘察作业等任务的时候能够自主搜索全局路径和调整局部避开运动碍航物的路径。
一种基于改进算法椭圆碰撞推演模型无人水面双层方法

[发明专利]一种基于强化学习的全垫升气垫船航迹跟踪控制方法-CN201810261836.5有效
发明人：王元慧;佘文超;丁福光;王成龙;刘向波;张放;张博;佟海艳 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2018-03-28 - 公布日： 2020-12-22 - 主分类号： G05B13/02 文献下载
摘要：本发明提供的是一种基于强化学习的全垫升气垫船航迹跟踪控制方法。1.建立全垫升气垫船四自由度运动学模型和动力学模型；2.运用PID控制实现全垫升气垫船的航向控制；3.运用滑模控制实现全垫升气垫船的航速控制。4.运用LOS法实现全垫升气垫船的航迹跟踪；5.运用RBF神经网络实现参数调优，最终实现理想的全垫升气垫船航迹跟踪控制。本发明所述的航迹跟踪控制控制方法，不依赖于被控对象和环境，方法实现简单，抗干扰能力强，控制效果出色，相较于传统的航迹跟踪控制器其算法更加智能，自适应性更强，鲁棒性能更好，跟踪效果更加平滑，跟踪误差小。
一种基于强化学习全垫升气垫船航迹跟踪控制方法

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