论文摘要
水面智能高速无人艇作为一个复杂的系统,集成了船舶设计、智能控制、人工智能、导航和通信等专业技术为一体,是一个可以在复杂海洋环境中执行各种军用和民用任务的智能化无人平台。其研究内容涉及到多方面:自主驾驶、自主避障、路径规划与导航、模式识别等等,但运动控制是智能无人艇最基础、最重要的模块之一,因为只有无人艇能够沿着规划好的路径自主航行,才能完成各种任务。本论文的主要目的是根据无人艇在风浪流环境中高速航行的特性,设计适合无人艇高速运动的鲁棒控制器,并通过建立无人艇的视景仿真器来验证该控制器的可行性。论文主要由三部分组成。第一部分是关于无人艇操纵性的分析:首先建立无人艇高速运动的六自由度操纵性数学模型,以及喷水推进的力学模型和风浪流干扰的力学模型,而后综合各种力学模型建立无人艇在风浪流干扰下的操纵性运动模型;根据该无人艇的复合模型,利用数字仿真的方法对无人艇的操纵性进行各种运动仿真,包括无人艇的回转运动仿真、Z型运动仿真、高速航行仿真以及有风浪流干扰下的回转运动,并把部分仿真数据与模型的实验值进行比较,其结果说明该操纵性运动模型的可行性。第二部分是控制器的设计:根据无人艇运动环境的特点,设计无人艇的航向鲁棒控制器和位置鲁棒控制器,再综合两者成为无人艇的航线跟踪器,通过该控制器的仿真与PID控制器的仿真效果进行比较,说明该鲁棒控制器对外界干扰具有抑制作用;再根据无人艇艇体系统参数的不确定性,设计无人艇的纵向位置鲁棒自适应控制器,通过数字仿真并对仿真结果进行分析,得出该鲁棒自适应控制器可以适应艇体参数的变化。第三部分是无人艇运动视景仿真的建立:设计了无人艇手动驾驶、自动驾驶和综合驾驶的体系结构,并建立了无人艇的运动控制视景仿真系统,最后进行了无人艇的各种运动控制仿真。通过无人艇的运动控制视景仿真试验,验证了该无人艇六自由度数学模型、鲁棒控制器和运动控制体系结构的可行性。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 引言1.2 课题研究的目的和意义1.3 课题研究的现状1.3.1 智能高速无人艇运动控制的国内外研究现状1.3.2 船舶控制的国内外研究现状1.4 课题研究的主要内容第2章 无人艇高速运动的数学模型2.1 基本假设和坐标系2.1.1 基本假设2.1.2 坐标系的建立及坐标间的转换2.2 无人艇六自由度数学模型2.3 无人艇艇体水动力分析2.4 喷水推进力2.5 风浪流干扰力的数学建模2.5.1 风干扰力的模型2.5.2 浪干扰力的模型2.5.3 流干扰力的模型2.6 风浪流干扰下的无人艇运动模型2.7 本章小结第3章 无人艇的操纵性运动仿真3.1 仿真对象的介绍3.2 无人艇运动仿真模型的建立3.3 回转运动仿真试验3.3.1 不同航速下的回转运动3.3.2 不同喷水角的回转运动3.3.3 风浪流干扰下的回转运动3.4 Z型运动仿真3.5 高速运动仿真3.5.1 升沉比较3.5.2 纵倾角比较3.5.3 总阻力比较3.6 本章小结第4章 无人艇鲁棒控制器的设计4.1 鲁棒控制理论概述4.1.1 鲁棒控制的定义4.1.2 鲁棒控制理论及研究方法4.2 不确定非线性系统的鲁棒控制4.2.1 不确定非线性系统的描述4.2.2 考虑不确定线性系统4.2.3 考虑不确定非线性系统4.3 无人艇航线跟踪的鲁棒控制器设计4.3.1 无人艇航向的鲁棒控制器设计4.3.2 无人艇位置的鲁棒控制器设计4.3.3 无人艇鲁棒航线跟踪器的仿真与分析4.4 本章小结第5章 无人艇鲁棒自适应控制器的设计5.1 鲁棒自适应控制5.1.1 鲁棒自适应控制的优点5.1.2 非线性系统的鲁棒自适应控制器的设计5.2 无人艇鲁棒自适应控制器的设计5.3 无人艇鲁棒自适应控制器的仿真与分析5.4 本章小结第6章 无人艇的运动控制视景仿真6.1 无人艇视景仿真的意义6.2 视景仿真的方法6.2.1 无人艇艇体建模和地形建模6.2.2 无人艇运动环境建模6.2.3 无人艇运动仿真框架的建立6.3 无人艇运动控制的仿真体系结构6.3.1 无人艇手动驾驶体系结构6.3.2 无人艇自动驾驶体系结构6.3.3 无人艇运动控制仿真的体系结构6.4 无人艇运动控制的视景仿真试验6.4.1 无人艇运动控制的视景仿真框图6.4.2 无人艇手动控制的视景仿真及分析6.4.3 无人艇自动控制的视景仿真及分析6.5 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表的论文及取得的科研成果致谢
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标签：高速无人艇论文; 非线性系统论文; 鲁棒自适应控制论文; 分层体系结构论文; 视景仿真论文;
