【摘要】：隨著我國(guó)海上經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的日益繁榮,海難事故發(fā)生頻次也逐年上升,然而目前針對(duì)我國(guó)海上救援體系單一問題仍有待解決。水面無(wú)人艇作為未來海上搜救的主力裝備之一,以其機(jī)動(dòng)靈活、救援代價(jià)小和安全可靠的優(yōu)勢(shì)必能廣泛應(yīng)用并發(fā)揮巨大作用。但海上救援環(huán)境惡劣,對(duì)搜救無(wú)人艇 SRUSV(Search and Rescue Unmanned Surface Vehicles)的運(yùn)動(dòng)控制性能要求較高。尤其無(wú)人艇的航向航速控制是基礎(chǔ)也是核心技術(shù),必須具備較強(qiáng)的自適應(yīng)能力來保證搜救任務(wù)成功完成。本論文針對(duì)SRUSV實(shí)驗(yàn)樣機(jī)在不同航速與拋筒狀態(tài)下辨識(shí)出其操縱指數(shù)K、T并確定其運(yùn)動(dòng)控制數(shù)學(xué)模型;根據(jù)SRUSV的航向誤差及其變化率成功設(shè)計(jì)智能自整定PD航向控制器和模糊PI航速控制器,在此基礎(chǔ)上,提出了基于航速拋筒變化與航向角速度閉環(huán)的綜合航向控制算法。全文共分六章,內(nèi)容概括如下:第一章,介紹了論文研究背景,通過分析海上搜救環(huán)境與目前搜救體系存在的問題,提出了基于拋射救生纜和釋放浮筒的水面無(wú)人艇的搜救方案,并分析常規(guī)無(wú)人艇航向航速控制算法,闡述本論文的研究意義與研究主要內(nèi)容。第二章,首先介紹了 SRUSV及其岸基監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成,然后從硬件和軟件構(gòu)架上介紹了無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成并闡述相關(guān)參數(shù)指標(biāo);此外,針對(duì)螺旋槳推進(jìn)無(wú)人艇的運(yùn)動(dòng)特性,采用整體法建立了 Abkowitz模型并將其線性化。第三章,在SRUSV運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,應(yīng)用Lyapunov穩(wěn)定性理論證明了 SRUSV具航向穩(wěn)定性并求出其受干擾后的航向誤差;然后通過系統(tǒng)辨識(shí)得到不同航速和拋筒狀態(tài)下的操縱指數(shù)K、T,并將辨識(shí)得到的運(yùn)動(dòng)控制模型進(jìn)行驗(yàn)證。第四章,介紹了多種自整定PID控制原理,并設(shè)計(jì)出了三種PD航向控制器和兩種PI航速控制器,通過仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,最終確定了智能自整定PD航向控制器和模糊PI航速控制器滿足SRUSV的運(yùn)動(dòng)控制需求。第五章,針對(duì)第四章航向控制器存在的不足,提出了基于航速與拋筒狀態(tài)變化的自整定PD控制器和基于角速度閉環(huán)的自整定PID控制器,結(jié)合兩者的控制優(yōu)勢(shì),融合出一種綜合航向控制器,并通過高速仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。第六章,總結(jié)并歸納了本論文研究的主要內(nèi)容,在指出創(chuàng)新點(diǎn)的同時(shí)也針對(duì)該論文存在的不足提出了改進(jìn)方法。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U664.82
【圖文】：

無(wú)人系統(tǒng)［８＿９］。逡逑美國(guó)研制的“斯巴達(dá)偵察兵”號(hào)水面無(wú)人艇（ＳｐａｒｔａｎＳｃｏｕｔＵＳＶ）是一款功能相對(duì)較逡逑為完備的無(wú)人艇，其已經(jīng)基本具備自主航行功能，如圖１．１所示。其裝備在美國(guó)海軍艦艇逡逑上，主要是加強(qiáng)美國(guó)海軍在戰(zhàn)場(chǎng)中的預(yù)警能力，通過遠(yuǎn)距離偵察和監(jiān)視保護(hù)海軍艦隊(duì)［１Ｑ］。逡逑“保護(hù)者”號(hào)無(wú)人艇為以色列拉斐爾軍火研究局和航空防御系統(tǒng)公司聯(lián)合研制的一款逡逑較為典型的無(wú)人艇，如圖１．２所示�！氨Ｗo(hù)者”號(hào)無(wú)人艇在軍用領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都可以執(zhí)行逡逑任務(wù)，其設(shè)計(jì)采取了模塊化的設(shè)計(jì)思想，將執(zhí)行不同任務(wù)所需的硬件模塊化，在執(zhí)行具體逡逑任務(wù)時(shí)可以根據(jù)任務(wù)的需求靈活地組裝所需的功能模塊。此外，“保護(hù)者”號(hào)無(wú)人艇的外逡逑殼材料采用了碳纖維復(fù)合材料和玻璃鋼復(fù)合材料，這一舉措不僅提高了該無(wú)人艇的抗震能逡逑力，還降低了艇體自身重量，增強(qiáng)了艇體的機(jī)動(dòng)性與靈活性［１１］。逡逑Ｈｉ逡逑＼ｍ逡逑圖１．邋１邋“斯巴達(dá)偵察兵”無(wú)人艇實(shí)物圖邐圖１．２邋“保護(hù)者”無(wú)人艇實(shí)物圖逡逑考慮到無(wú)人艇在保障國(guó)家安全以及氣象監(jiān)測(cè)、緊急救援、水文觀測(cè)等民用領(lǐng)域具有重逡逑要的戰(zhàn)略意義［１２］，我國(guó)也正快速發(fā)展無(wú)人艇技術(shù)，但技術(shù)與美、德、英等西方國(guó)家相比仍逡逑然存在不小的差距。目前

航向與圖像處理等多項(xiàng)國(guó)際前沿技術(shù)。逡逑２０１３年，由上海大學(xué)等單位聯(lián)合成功研制出我國(guó)首艘水面無(wú)人測(cè)量艇“精海號(hào)”邋［１５］，逡逑該艇實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操控和自主航行雙模切換功能，如圖１．４所示。它還具備路徑規(guī)劃與自主避逡逑障避碰、遠(yuǎn)距離自主航行等多項(xiàng)功能；其可在２０ｋｍ距離內(nèi)超視距控制，采用單、多波束逡逑聲吶測(cè)深，前視多波束聲吶、側(cè)掃聲吶探測(cè)，多普勒流速流向測(cè)量等海洋多要素綜合測(cè)量逡逑功能，是一艘性能出色的測(cè)量艇。逡逑．邐煖：逡逑圖１．３邋“天象一號(hào)”無(wú)人艇實(shí)物圖邐圖１．４邋“精海號(hào)”無(wú)人艇實(shí)物圖逡逑現(xiàn)將國(guó)外先進(jìn)無(wú)人艇性能參數(shù)總結(jié)如下表１．１所示［１６］。逡逑表１．１各國(guó)先進(jìn)無(wú)人艇參數(shù)逡逑艇名邐制造國(guó)制造／試驗(yàn)￣續(xù)航能力（小￣最大航速邐Ｍ逡逑邐時(shí)間邋（ｍ）邐時(shí)／節(jié)／）邐（＾）邐逡逑斯巴達(dá)偵察兵邐美國(guó)邐２００２邐７／１１邐８ｈ／２８ｋｎ邐５０邐情報(bào)、艦隊(duì)保護(hù)逡逑幽靈衛(wèi)視邐美國(guó)邐２００３．９邐８邐２４ｈ邐４０邐警戒、防衛(wèi)逡逑水虎魚邐美國(guó)邐２００３．３邐８邐２４ｈ

珠海云州智能科技公司推出一款專用于海上救助無(wú)人艇Ｍ７５［１９］，其海況適應(yīng)性達(dá)到４逡逑級(jí)，具備自主航行及自動(dòng)避障功能以及智能控制終端與實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程通訊功能，長(zhǎng)約５ｍ，最逡逑高航速３０節(jié)，采用拖曳救生筏救助方案，其可托載救生筏載員６人，如圖１．５所示。逡逑天海防務(wù)為交通部北海救１１１船配備ＴＨ４５型無(wú)人艇母船可以支持其在附近海域逡逑作業(yè)，實(shí)現(xiàn)海上救助母船支持系統(tǒng)與無(wú)人艇協(xié)作快速搜救目標(biāo)，如圖１．６所示。逡逑圖１．５邋Ｍ７５水上救助無(wú)人艇實(shí)物圖邐圖１．６邋１１１船與ＴＨ４５型救助無(wú)人艇實(shí)物圖逡逑２０１８年４月２３日，受惡劣天氣的影響，東海轄區(qū)發(fā)生多起海上事故，在“東海救１０２”逡逑輪與“東海救２０４”輪的默契配合下，通過釋放救助艇，成功解救散貨船“鵬安”輪上遇逡逑險(xiǎn)船員［２１］。逡逑５逡逑

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本文編號(hào)：2779922