【摘要】：雙體無人船運動建模是研究其自主航行控制設(shè)計的基礎(chǔ)。通過自主設(shè)計雙推進器雙體無人船,基于雙推進器差速控制航向原理構(gòu)建運動模型,結(jié)合模糊PID控制算法設(shè)計航向控制器與航跡點跟蹤算法,對運動模型進行仿真設(shè)計實現(xiàn)了航跡點跟蹤。同時設(shè)計柵格地圖,實現(xiàn)基于激光雷達的障礙物檢測,在犀湖進行試驗完成自主航行。仿真與試驗結(jié)果均驗證了模型設(shè)計準確性與自主航行控制設(shè)計有效性�；诠た貦C和微控制器設(shè)計無人船軟硬件平臺。利用C#WinForm與MySql技術(shù)設(shè)計上位機軟件,實現(xiàn)工控機與差分GPS、激光雷達、微控制器間的多線程串口通信,完成信息存儲。嵌入式控制器根據(jù)上位機軟件下發(fā)的控制命令,通過PWM波控制電機推進器實現(xiàn)兩路電機驅(qū)動控制。構(gòu)建了雙推進器雙體無人船運動模型。根據(jù)附體坐標系和慣性坐標系下的運動分析,構(gòu)建無人船運動學(xué)模型;基于MMG建模原理,通過分析無人船在雙推進器作用下受力情況構(gòu)建三自由度無人船動力學(xué)模型;通過無人船條件測試完成部分模型參數(shù)辨識得到無人船運動模型,并且進行回轉(zhuǎn)運動仿真實驗,仿真結(jié)果與試驗結(jié)果的一致性驗證了本模型的有效性。設(shè)計控制算法實現(xiàn)航跡點跟蹤。分析雙推進器無人船航向控制原理,設(shè)計航向PID控制器和航向模糊PID控制器,同時考慮風浪干擾,對無人船動力學(xué)模型進行仿真,結(jié)果表明航向模糊PID控制器控制效果較好。在此基礎(chǔ)上,基于間接航跡跟蹤控制設(shè)計航跡點跟蹤算法,并在犀湖進行試驗完成航跡點跟蹤。構(gòu)造柵格地圖實現(xiàn)障礙物檢測。通過激光雷達感知周圍環(huán)境,TX2獲取三維點云數(shù)據(jù),將三維點云投影到二維柵格地圖中,利用閾值分割法判斷柵格屬性實現(xiàn)點云數(shù)據(jù)預(yù)處理;基于OpenCV膨脹腐蝕算子分析并提取障礙物輪廓;無人船根據(jù)障礙物位置信息作出相應(yīng)動作實現(xiàn)避障,最后在犀湖通過試驗實現(xiàn)自主航行。
【圖文】：

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 2 頁其中，“精海 1 號”在中國海事第二次南海巡航中實現(xiàn)了首航[8]，并完成了南海諸島礁的測量任務(wù)，如圖 1-1 所示。2018 年 7 月該團隊研發(fā)輕量級“精海 8 號”，，如圖1-2 所示，具有路徑規(guī)劃、導(dǎo)航避障、目標識別等功能，能夠自主完成島礁礁盤測繪、水文信息測量等作業(yè)。

并完成了南海諸島礁的測量任務(wù)，如圖 1-1 所示。2018 年 7 月該團隊研發(fā)輕量級“精海 8 號”，如圖1-2 所示，具有路徑規(guī)劃、導(dǎo)航避障、目標識別等功能，能夠自主完成島礁礁盤測繪、水文信息測量等作業(yè)。圖 1-1 “精海 1 號”無人艇 圖 1-2 “精海 8 號”國內(nèi)外各大公司爭相研發(fā)功能型無人船。國內(nèi)云洲智能公司研發(fā) SE40 全自動無人監(jiān)測船如圖 1-3 所示，該無人檢測船工作航速 2m/s，續(xù)航 4 小時，最多實現(xiàn)十個障礙目標識別，具有水文流量流速測量、水下地形測繪、水質(zhì)在線監(jiān)測等功能。美國 Marine Advanced Robotics 公司已經(jīng)研發(fā)成熟的 USV（Unmanned Surface Vehicle）類產(chǎn)品[9]，其中 WAM-V20 如圖 1-4 所示，具有較強的測量耐力與速度，同時擴展了遠程傳感器部署等功能，實現(xiàn)了獨立的線路跟蹤。圖 1-3 云洲智能 SE40 全自動無人監(jiān)測船 圖 1-4 美國 WAM-V20在無人船技術(shù)不斷發(fā)展與更新的過程中，2016 年 3 月 1 日
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U664.82;U674.951

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1 王丹;雙體無人船運動建模及自主航行控制設(shè)計[D];西南交通大學(xué);2019年

本文編號：2640534