Accurate control of autonomous marine robots still poses challenges due to the complex dynamics of the environment. In this paper, we propose a Deep Reinforcement Learning (DRL) approach to train a controller for autonomous surface vessel (ASV) trajectory tracking and compare its performance with an advanced nonlinear model predictive controller (NMPC) in real environments. Taking into account environmental disturbances (e.g., wind, waves, and currents), noisy measurements, and non-ideal actuators presented in the physical ASV, several effective reward functions for DRL tracking control policies are carefully designed. The control policies were trained in a simulation environment with diverse tracking trajectories and disturbances. The performance of the DRL controller has been verified and compared with the NMPC in both simulations with model-based environmental disturbances and in natural waters. Simulations show that the DRL controller has 53.33% lower tracking error than that of NMPC. Experimental results further show that, compared to NMPC, the DRL controller has 35.51% lower tracking error, indicating that DRL controllers offer better disturbance rejection in river environments than NMPC.


翻译:由于环境的复杂动力学特性,自主海洋机器人的精确控制仍面临挑战。本文提出一种基于深度强化学习的控制器训练方法,用于自主水面船舶的轨迹跟踪,并在真实环境中将其性能与先进非线性模型预测控制器进行对比。考虑物理自主水面船舶中的环境扰动(如风、浪、流)、噪声测量及非理想执行器,我们精心设计了多种用于深度强化学习跟踪控制策略的有效奖励函数。控制策略在包含多种跟踪轨迹与扰动的仿真环境中完成训练。通过基于模型的环境扰动仿真测试与自然水域实船实验,深度强化学习控制器的性能得到验证并与非线性模型预测控制器进行了对比。仿真结果显示,深度强化学习控制器的跟踪误差相比非线性模型预测控制器降低53.33%。实验结果进一步表明,相较于非线性模型预测控制器,深度强化学习控制器的跟踪误差降低35.51%,说明深度强化学习控制器在河流环境中具有更优的扰动抑制能力。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
深度强化学习策略梯度教程,53页ppt
专知会员服务
184+阅读 · 2020年2月1日
【强化学习资源集合】Awesome Reinforcement Learning
专知会员服务
99+阅读 · 2019年12月23日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Reinforcement Learning: An Introduction 2018第二版 500页
CreateAMind
14+阅读 · 2018年4月27日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
15+阅读 · 2018年6月23日
VIP会员
最新内容
分层反无人机系统发展新趋势
专知会员服务
8+阅读 · 9月3日
何为协作武器?
专知会员服务
10+阅读 · 9月1日
《理解认知战:超越信息》
专知会员服务
14+阅读 · 9月1日
美国战争部在GenAI.mil上推出OpenAI的ChatGPT Mil
专知会员服务
10+阅读 · 8月31日
人工智能赋能军事维护:重新定义国防战备
专知会员服务
5+阅读 · 8月31日
相关VIP内容
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
深度强化学习策略梯度教程,53页ppt
专知会员服务
184+阅读 · 2020年2月1日
【强化学习资源集合】Awesome Reinforcement Learning
专知会员服务
99+阅读 · 2019年12月23日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员