【摘要】：無人船作為一種新型智能化海上運(yùn)動平臺,不僅被應(yīng)用于現(xiàn)代軍事化戰(zhàn)爭中,而且也廣泛應(yīng)用于水道測量、水文水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中,無人船因其應(yīng)用的廣泛性,己成為了各國家研究新型裝備的焦點(diǎn)。由于無人船航行環(huán)境的復(fù)雜性,在保證其安全航行的前提下如何快速精準(zhǔn)的跟蹤所設(shè)定的航跡是無人船完成其他戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)的前提,因此,設(shè)計一種能夠適應(yīng)復(fù)雜航行環(huán)境的無人船航跡運(yùn)動控制器是無人船運(yùn)動控制研究的重要內(nèi)容。本文以無人實(shí)驗(yàn)船為研究對象,為了得到快速精準(zhǔn)和抗干擾能力強(qiáng)的航跡控制器,對其航跡控制算法進(jìn)行設(shè)計與優(yōu)化,采用了基于CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊自適應(yīng)PID控制方法,使得無人試驗(yàn)船具有更好的航跡跟蹤性能與動靜態(tài)響應(yīng),更好地滿足無人船控制系統(tǒng)的工程需求。其主要研究內(nèi)容與研究成果如下:(1)采用整體型建模思想,建立了無人船三自由度平面運(yùn)動的線性化數(shù)學(xué)模型,通過設(shè)計Labview參數(shù)計算平臺,得到船舶Nomoto控制模型。(2)分析了模糊控制算法與經(jīng)典PID算法的控制原理,設(shè)計出了一種模糊自適應(yīng)PID航跡控制器,然后分別在有無風(fēng)、浪、流干擾的情況下,進(jìn)行了經(jīng)典PID航跡控制與模糊自適應(yīng)PID航跡控制的仿真對比。仿真結(jié)果表明,模糊PID控制算法具有更加優(yōu)良的自適應(yīng)性能,但加入干擾后,模糊PID控制算法由于模糊規(guī)則有限,在抑制抗干擾力方面能力并不強(qiáng)。(3)針對模糊PID控制算法模糊規(guī)則有限、抗干擾能力不強(qiáng)的問題,設(shè)計了基于CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊自適應(yīng)PID控制器。在Simulink上建立了對應(yīng)仿真模型,分別在無干擾和給定風(fēng)、浪、流等干擾因素的環(huán)境條件下進(jìn)行仿真。由仿真結(jié)果可以得出,基于CMAC的模糊自適應(yīng)PID控制器(FCMAC-PID)在響應(yīng)快慢、超調(diào)量、舵角變化和抑制干擾等方面均比模糊PID控制效果好。(4)根據(jù)搭建的硬件原理圖,將設(shè)計的航跡運(yùn)動控制器應(yīng)用到湖北工業(yè)大學(xué)無人船的航跡運(yùn)動控制中,在武漢市蔡甸區(qū)高湖進(jìn)行實(shí)船驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文所設(shè)計的兩控制器航跡誤差均小于項(xiàng)目性能需求的5m,但FCMAC-PID控制器性能更優(yōu),更適合項(xiàng)目需求,同時也驗(yàn)證了所設(shè)計控制器的優(yōu)良性。
【圖文】：

由于存在不確定干擾，對其實(shí)際運(yùn)動狀由度的任意運(yùn)動。研究者選擇的參考坐標(biāo)系船的運(yùn)動和更有利的實(shí)施控制，一般采用兩坐標(biāo)系和以船體為參考的附體坐標(biāo)系。如圖 2.1 所示，以地球表面上一點(diǎn)作為起始點(diǎn)OZ 垂直向下。在慣性坐標(biāo)系內(nèi)，水面無人船 , y,z和三個姿態(tài)角即航向角φ 橫傾角θ 、縱系：如圖 2.2 所示，以船體重心作為中心點(diǎn)，OZ 指向地心。圖 2.1 慣性坐標(biāo)系

水面無人船運(yùn)動數(shù)航跡跟蹤控制進(jìn)行有效分析、學(xué)模型。由于實(shí)際船舶的運(yùn)動通常在對實(shí)船進(jìn)行控制前，需水面無人船進(jìn)行有效操控的基運(yùn)動特性，另一方面，復(fù)雜的難，因此模型的合理程度直接參考坐標(biāo)系由于存在不確定干擾，，對其實(shí)任意運(yùn)動。研究者選擇的參考動和更有利的實(shí)施控制，一般和以船體為參考的附體坐標(biāo)系
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U664.82;TP273

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2602706