本文關(guān)鍵詞：一種新型水面無人艇操縱性及協(xié)同策略研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：21世紀(jì),許多國家都看到了水面無人艇(USV)的巨大潛力并相繼開展了對(duì)USV的研究。單一的USV平臺(tái)可搭載的傳感器或設(shè)備模塊有限,只能完成一些簡(jiǎn)單的使命。當(dāng)面對(duì)復(fù)雜、多樣化的任務(wù)時(shí),多個(gè)USV進(jìn)行協(xié)同作業(yè),不僅克服了單一USV平臺(tái)在功能上的限制,而且大大提高了作業(yè)效率與范圍,這在軍、民領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用前景。近年來,我國在USV水文監(jiān)測(cè)和氣象探測(cè)等方面取得了一些突破性的進(jìn)展,但在水面無人艇協(xié)作技術(shù)、協(xié)同作業(yè)策略、協(xié)同系統(tǒng)等領(lǐng)域幾乎處于空白狀態(tài)。本文提出一種含防飛濺片體的“新型”USV艇型概念,以模型試驗(yàn)為主,輔以理論分析與程序編譯方法,對(duì)新型USV的操縱性能及其協(xié)同策略進(jìn)行了研究,主要研究工作及分析如下:(1)完成了新型USV艇模的設(shè)計(jì)和制作,對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì),確定了合適的主機(jī)、軸系、螺旋槳、舵葉和舵機(jī)。提出了新型USV的智能控制系統(tǒng)的架構(gòu)。其中,上位機(jī)系統(tǒng)用于在岸基觀測(cè)USV的位置、姿態(tài)及環(huán)境感知信息;下位機(jī)系統(tǒng)以可編程控制器(PAC)作為核心控制器,包含各種現(xiàn)代艇載設(shè)備、傳感器和相應(yīng)控制程序。通過反復(fù)測(cè)試,該智能控制系統(tǒng)可以滿足試驗(yàn)需求。(2)對(duì)新型USV開展了操縱運(yùn)動(dòng)自航模試驗(yàn):主要包括慣性沖程試驗(yàn)、回轉(zhuǎn)試驗(yàn)和Z形操舵試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)采集到的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面的分析,主要包括:航速與控制電壓的關(guān)系;不同控制電壓以及不同的吃水狀態(tài)對(duì)沖程時(shí)間和慣性距離的影響;不同航速和吃水狀態(tài)對(duì)回轉(zhuǎn)直徑的影響;不同控制電壓及不同舵角對(duì)回轉(zhuǎn)直徑的影響;航速對(duì)超越角的影響;航速對(duì)轉(zhuǎn)向滯后時(shí)間的影響;不同操舵角情況下艏向角隨時(shí)間的變化;無因次化的回轉(zhuǎn)性指數(shù)K′和應(yīng)舵指數(shù)T′隨時(shí)間的變化。分別闡述了遺傳算法和混沌算法的原理,提出了基于混沌遺傳算法的系統(tǒng)辨識(shí)流程,用VB.NET語言編譯了一套“新型水面無人艇操縱運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)辨識(shí)程序”,并對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了辨識(shí)計(jì)算,通過對(duì)比辨識(shí)結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差,驗(yàn)證了該程序的可靠性。(3)提出了多USV在協(xié)同搜索、協(xié)同路徑跟蹤、協(xié)同水文氣象監(jiān)測(cè)和其他多任務(wù)場(chǎng)景四個(gè)方面的協(xié)同作業(yè)策略。討論了USV協(xié)同系統(tǒng)與其它多無人平臺(tái)之間的協(xié)同體系,總結(jié)了多USV協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。提出一種模糊控制規(guī)則,基于VB.NET編譯了自主航行控制程序,開展了三項(xiàng)協(xié)同作業(yè)試驗(yàn)的初步研究�；赩B 6.0編譯了“新型水面無人艇岸基終端軟件”(上位機(jī)),通過協(xié)同作業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證了該上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)的可靠性及相應(yīng)協(xié)同策略的可行性,為多USV協(xié)同作業(yè)策略的深入研究提供參考與借鑒。
【關(guān)鍵詞】：水面無人艇(USV) 模型試驗(yàn) 操縱性 系統(tǒng)辨識(shí) 協(xié)同作業(yè)策略
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U674.77
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-16
• 第1章 緒論16-25
• 1.1 引言16
• 1.2 選題的理論意義和實(shí)用價(jià)值16-17
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-24
• 1.3.1 水面無人艇研究現(xiàn)狀與發(fā)展17-22
• 1.3.2 水面無人艇操縱運(yùn)動(dòng)研究現(xiàn)狀22-23
• 1.3.3 水面無人艇協(xié)同技術(shù)與其他智能體協(xié)同技術(shù)的研究現(xiàn)狀23-24
• 1.4 本論文研究工作24
• 1.5 本章小結(jié)24-25
• 第2章 新型水面無人艇模選型設(shè)計(jì)與安裝25-40
• 2.1 引言25
• 2.2 艇模選型設(shè)計(jì)與制作25-30
• 2.2.1 艇模選型25-27
• 2.2.2 艇模制作27-30
• 2.3 艇模推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝30-35
• 2.3.1 主機(jī)選型30-31
• 2.3.2 軸系設(shè)計(jì)31-33
• 2.3.3 螺旋槳設(shè)計(jì)33-35
• 2.4 艇模操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝35-39
• 2.4.1 舵葉的設(shè)計(jì)35-37
• 2.4.2 舵力計(jì)算37-38
• 2.4.3 舵機(jī)選型38-39
• 2.5 本章小結(jié)39-40
• 第3章 新型水面無人艇智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)40-51
• 3.1 引言40
• 3.2 核心控制器40-42
• 3.3 導(dǎo)航定位系統(tǒng)42-44
• 3.3.1 DGPS42-43
• 3.3.2 三維電子羅盤43-44
• 3.4 環(huán)境感知系統(tǒng)44-47
• 3.4.1 激光測(cè)距傳感器44-45
• 3.4.2 攝像機(jī)45-46
• 3.4.3 風(fēng)速、風(fēng)向傳感器46-47
• 3.4.4 聲吶傳感器47
• 3.5 通信系統(tǒng)47-48
• 3.6 能源系統(tǒng)48
• 3.7 設(shè)備布置方案48-50
• 3.8 本章小結(jié)50-51
• 第4章 新型水面無人艇操縱運(yùn)動(dòng)辨識(shí)模型51-65
• 4.1 引言51
• 4.2 新型USV操縱運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型51-59
• 4.2.1 新型USV運(yùn)動(dòng)方程52-54
• 4.2.2 操縱運(yùn)動(dòng)線性數(shù)學(xué)模型54-56
• 4.2.3 整體型數(shù)學(xué)模型56-57
• 4.2.4 分離型數(shù)學(xué)模型57-58
• 4.2.5 響應(yīng)型數(shù)學(xué)模型58-59
• 4.3 遺傳算法59-61
• 4.3.1 遺傳基本原理59-60
• 4.3.2 遺傳算法操作步驟60-61
• 4.4 混沌遺傳算法61-62
• 4.4.1 混沌算法基本原理61
• 4.4.2 混沌遺傳算法原理61-62
• 4.5 系統(tǒng)辨識(shí)62-63
• 4.5.1 系統(tǒng)辨識(shí)基本原理62-63
• 4.5.2 系統(tǒng)辨識(shí)基本過程與實(shí)現(xiàn)63
• 4.6 本章小結(jié)63-65
• 第5章 新型水面無人艇操縱運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)分析65-92
• 5.1 引言65
• 5.2 慣性沖程試驗(yàn)65-70
• 5.2.1 慣性沖程試驗(yàn)方案65-67
• 5.2.2 慣性沖程試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析67-70
• 5.3 回轉(zhuǎn)試驗(yàn)70-77
• 5.3.1 回轉(zhuǎn)試驗(yàn)方案70-72
• 5.3.2 回轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析72-77
• 5.4 Z形操舵試驗(yàn)77-83
• 5.4.1 Z形操舵試驗(yàn)方案77-78
• 5.4.2 Z形試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析78-83
• 5.5 系統(tǒng)辨識(shí)在USV操縱運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用83-91
• 5.5.1 辨識(shí)模型84
• 5.5.2 辨識(shí)方法84-87
• 5.5.3 辨識(shí)結(jié)果與分析87-91
• 5.6 本章小結(jié)91-92
• 第6章 新型水面無人艇協(xié)同作業(yè)策略與試驗(yàn)初步研究92-121
• 6.1 引言92
• 6.2 協(xié)同搜索92-98
• 6.2.1 平行協(xié)同搜索93-94
• 6.2.2 分批次協(xié)同搜索94-96
• 6.2.3 象限協(xié)同搜索96-98
• 6.3 協(xié)同路徑跟蹤98-104
• 6.3.1 路徑跟蹤數(shù)學(xué)模型98-101
• 6.3.2 協(xié)同直線路徑跟蹤101-103
• 6.3.3 協(xié)同圓形路徑跟蹤103-104
• 6.4 協(xié)同水文氣象監(jiān)測(cè)104-105
• 6.5 其他多任務(wù)場(chǎng)景的協(xié)同作業(yè)105-108
• 6.6 多無人平臺(tái)協(xié)同系統(tǒng)108-110
• 6.7 USV協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)110-111
• 6.8 新型水面無人艇協(xié)同作業(yè)試驗(yàn)初步研究111-120
• 6.8.1 控制規(guī)則111-113
• 6.8.2 協(xié)同作業(yè)試驗(yàn)與分析113-120
• 6.9 本章小結(jié)120-121
• 總結(jié)與展望121-124
• 參考文獻(xiàn)124-130
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和取得的科研成果130-132
• 致謝132

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  本文關(guān)鍵詞：一種新型水面無人艇操縱性及協(xié)同策略研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：262040