成都

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更好的设计和控制

这项技术是“”项目的一部分,该项目是与阿姆斯特丹高级城市解决方案研究所(AMS)的合作项目。0年,作为该项目的一部分,研究人员测试了一艘在城市运河上巡航的原型船,沿着预先设计的路径向前、向后和侧向移动。

为了制造这艘船,研究人员用商用D打印机打印了一个矩形船体,并生产了个拼接在一起的独立零件。大概花了0个小时打印。然后用几层玻璃纤维粘接密封成品船体,电源、Wi-Fi天线、GPS、小电脑、微控制器集成在船体上。为了精确定位,研究人员还增加了室内超声波信标系统、室外实时动态GPS模块(允许厘米级定位)和惯性测量单元(IMU)模块,以监控船只的偏航和角速度。

该船具有矩形形状,而不是传统的皮划艇或双体船形状,这允许船横向移动,并在组装其他结构时将其自身连接到其他船上。另一个简单有效的设计要素是螺旋桨的放置。四个推进器位于每一侧的中心,而不是四个角,产生向前和向后的力。研究人员说,这使得这艘船更加灵活和高效。

该团队还开发了一种方法,使船只能够更快、更准确地跟踪其位置和方向。因此,他们开发了一种高效的非线性模型预测控制(NMPC)算法,通常用于在各种约束条件下控制和导航机器人。

NMPC和类似的算法已经被用来控制自动驾驶船只。但通常这些算法只是在仿真中测试,或者不考虑船舶动力学。研究人员在算法中加入了简化的非线性数学模型,该模型考虑了一些已知的参数,如船舶阻力、离心力和科里奥利力,以及水中加速或减速引起的质量增加。研究人员还使用了一种识别算法,当船只在途中训练时,该算法可以识别任何未知参数。

最后,研究人员使用高效的预测控制平台运行他们的算法,可以快速确定即将到来的动作,算法的速度比同类系统高两个数量级。虽然其他算法大约在00毫秒内执行,但研究人员的算法不到毫秒。

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