無(wú)人水面艇航行控制器的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、無(wú)人水面艇(Unmanned Surface Vessel，USV)是一種智能化、自主化的海洋裝備，綜合了多種高新技術(shù)，同無(wú)人機(jī)、無(wú)人車一樣，是國(guó)家未來(lái)構(gòu)建海陸空三位一體綜合信息系統(tǒng)的重要組成部分。無(wú)人水面艇在環(huán)境探測(cè)、水文監(jiān)測(cè)、海洋測(cè)繪、海洋維權(quán)、敵情偵測(cè)等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用。面對(duì)復(fù)雜未知的海洋環(huán)境，設(shè)計(jì)一種穩(wěn)定可靠的無(wú)人水面艇自主航行控制器，是無(wú)人水面艇自主控制研究的重要內(nèi)容之一。本文以大連海事大學(xué)“藍(lán)信”號(hào)無(wú)人水面艇為研究對(duì)象，為

2、了解決含有模型不確定性和外界干擾條件下的欠驅(qū)動(dòng)無(wú)人水面艇自主航行控制問(wèn)題，主要完成了以下研究工作:
　　1、介紹了本論文應(yīng)用到的基礎(chǔ)知識(shí)，包括Lyapunov穩(wěn)定性理論、Backstepping理論、動(dòng)態(tài)面控制(DSC)技術(shù)。依據(jù)船舶數(shù)學(xué)模型的知識(shí)建立了“藍(lán)信”號(hào)無(wú)人水面艇操縱運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，包括三自由度運(yùn)動(dòng)模型、響應(yīng)型操縱模型和海況干擾模型，并搭建了無(wú)人水面艇操縱運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)。
　　2、針對(duì)無(wú)人水面艇的自主航向控制，利用非線

3、性干擾觀測(cè)器(NDOB)觀測(cè)系統(tǒng)不確定性和外界干擾，在控制中作等量補(bǔ)償，并通過(guò)引入動(dòng)態(tài)面技術(shù)解決“計(jì)算膨脹”的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于非線性干擾觀測(cè)器的航向跟蹤控制器。仿真結(jié)果表明了所設(shè)計(jì)控制器對(duì)航向跟蹤和干擾抑制的有效性。
　　3、針對(duì)無(wú)人水面艇的自主航跡跟蹤控制，將Line-of-sight(LOS)制導(dǎo)算法與基于非線性干擾觀測(cè)器的航向跟蹤控制算法相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種基于LOS的間接航跡跟蹤控制器，并進(jìn)行了直線和曲線航跡跟蹤的仿真驗(yàn)

4、證;為了提高無(wú)人水面艇航跡跟蹤控制的精度，設(shè)計(jì)了一種基于非線性干擾觀測(cè)器的直接航跡跟蹤控制器，并進(jìn)行了直線航跡跟蹤的仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明了所設(shè)計(jì)控制器對(duì)航跡跟蹤控制的有效性。
　　4、為了驗(yàn)證上述所設(shè)計(jì)控制器在實(shí)船應(yīng)用中的正確性，搭建了“藍(lán)信”號(hào)無(wú)人水面艇自主航行控制平臺(tái)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了無(wú)人水面艇航向和航跡跟蹤控制的軟硬件系統(tǒng)。海上實(shí)船實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的航行控制器可以在復(fù)雜海洋環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)航向和航跡的精確跟蹤，并具有較好的魯