无人水面艇航行控制器的研究与实现

发布时间：2023-05-31 23:17

　　无人水面艇(Unmanned Surface Vessel,USV)是一种智能化、自主化的海洋装备,综合了多种高新技术,同无人机、无人车一样,是国家未来构建海陆空三位一体综合信息系统的重要组成部分。无人水面艇在环境探测、水文监测、海洋测绘、海洋维权、敌情侦测等领域将发挥重要作用。面对复杂未知的海洋环境,设计一种稳定可靠的无人水面艇自主航行控制器,是无人水面艇自主控制研究的重要内容之一。本文以大连海事大学“蓝信”号无人水面艇为研究对象,为了解决含有模型不确定性和外界干扰条件下的欠驱动无人水面艇自主航行控制问题,主要完成了以下研究工作:1、介绍了本论文应用到的基础知识,包括Lyapunov稳定性理论、Backstepping理论、动态面控制(DSC)技术。依据船舶数学模型的知识建立了“蓝信”号无人水面艇操纵运动数学模型,包括三自由度运动模型、响应型操纵模型和海况干扰模型,并搭建了无人水面艇操纵运动仿真系统。2、针对无人水面艇的自主航向控制,利用非线性干扰观测器(NDOB)观测系统不确定性和外界干扰,在控制中作等量补偿,并通过引入动态面技术解决“计算膨胀”的问题,设计了一种基于非线性干扰观测...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 欠驱动无人水面艇航行控制概述
    1.3 无人水面艇航行控制研究发展现状
        1.3.1 无人水面艇航向控制
        1.3.2 无人水面艇航迹控制
    1.4 研究内容以及论文主要章节
第2章 理论基础
    2.1 Lyapunov稳定性理论
        2.1.1 基本概念
        2.1.2 Lyapunov稳定性定理
        2.1.3 Barbalet引理
    2.2 Backstepping理论基础
    2.3 动态面理论
    2.4 无人水面艇数学模型
        2.4.1 无人水面艇线性数学模型
        2.4.2 无人水面艇非线性数学模型
    2.5 无人水面艇运动的干扰数学模型
        2.5.1 海风干扰
        2.5.2 海浪干扰
        2.5.3 海流干扰
    2.6 本章小结
第3章 无人水面艇航向跟踪控制
    3.1 “蓝信”号无人水面艇的数学模型
    3.2 非线性干扰观测器
        3.2.1 无人水面艇不确定性动态方程
        3.2.2 非线性干扰观测器(NDOB)的设计
    3.3 基于NDOB的航向跟踪控制
        3.3.1 控制器设计
        3.3.2 仿真验证与结果分析
    3.4 本章小结
第4章 无人水面艇航迹跟踪控制
    4.1 LOS制导控制算法
    4.2 基于LOS的间接航迹跟踪控制
        4.2.1 控制器设计
        4.2.2 仿真验证与结果分析
    4.3 基于NDOB的直接航迹跟踪控制
        4.3.1 控制器设计
        4.3.2 仿真验证与结果分析
    4.4 本章小结
第5章 “蓝信”号无人水面艇航行控制的实船验证
    5.1 无人水面艇航行控制实验系统
        5.1.1 硬件系统设计
        5.1.2 软件系统设计
    5.2 航向跟踪控制的实船验证
    5.3 航迹跟踪控制的实船验证
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 本文主要研究内容
    6.2 本文主要的创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢



本文编号：3826199