【摘要】：隨著我國海上經(jīng)濟活動的日益繁榮,海難事故發(fā)生頻次也逐年上升,然而目前針對我國海上救援體系單一問題仍有待解決。水面無人艇作為未來海上搜救的主力裝備之一,以其機動靈活、救援代價小和安全可靠的優(yōu)勢必能廣泛應用并發(fā)揮巨大作用。但海上救援環(huán)境惡劣,對搜救無人艇 SRUSV(Search and Rescue Unmanned Surface Vehicles)的運動控制性能要求較高。尤其無人艇的航向航速控制是基礎也是核心技術(shù),必須具備較強的自適應能力來保證搜救任務成功完成。本論文針對SRUSV實驗樣機在不同航速與拋筒狀態(tài)下辨識出其操縱指數(shù)K、T并確定其運動控制數(shù)學模型;根據(jù)SRUSV的航向誤差及其變化率成功設計智能自整定PD航向控制器和模糊PI航速控制器,在此基礎上,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人艇的搜救方案,并分析常規(guī)無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)架上介紹了無人艇運動控制系統(tǒng)的組成并闡述相關參數(shù)指標;此外,針對螺旋槳推進無人艇的運動特性,采用整體法建立了 Abkowitz模型并將其線性化。第三章,在SRUSV運動數(shù)學模型基礎上,應用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,并將辨識得到的運動控制模型進行驗證。第四章,介紹了多種自整定PID控制原理,并設計出了三種PD航向控制器和兩種PI航速控制器,通過仿真與實驗驗證,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的運動控制需求。第五章,針對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,融合出一種綜合航向控制器,并通過高速仿真與實驗驗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)新點的同時也針對該論文存在的不足提出了改進方法。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U664.82
【圖文】：

無人系統(tǒng)［８＿９］。逡逑美國研制的“斯巴達偵察兵”號水面無人艇（ＳｐａｒｔａｎＳｃｏｕｔＵＳＶ）是一款功能相對較逡逑為完備的無人艇，其已經(jīng)基本具備自主航行功能，如圖１．１所示。其裝備在美國海軍艦艇逡逑上，主要是加強美國海軍在戰(zhàn)場中的預警能力，通過遠距離偵察和監(jiān)視保護海軍艦隊［１Ｑ］。逡逑“保護者”號無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人艇，如圖１．２所示。“保護者”號無人艇在軍用領域和民用領域都可以執(zhí)行逡逑任務，其設計采取了模塊化的設計思想，將執(zhí)行不同任務所需的硬件模塊化，在執(zhí)行具體逡逑任務時可以根據(jù)任務的需求靈活地組裝所需的功能模塊。此外，“保護者”號無人艇的外逡逑殼材料采用了碳纖維復合材料和玻璃鋼復合材料，這一舉措不僅提高了該無人艇的抗震能逡逑力，還降低了艇體自身重量，增強了艇體的機動性與靈活性［１１］。逡逑Ｈｉ逡逑＼ｍ逡逑圖１．邋１邋“斯巴達偵察兵”無人艇實物圖邐圖１．２邋“保護者”無人艇實物圖逡逑考慮到無人艇在保障國家安全以及氣象監(jiān)測、緊急救援、水文觀測等民用領域具有重逡逑要的戰(zhàn)略意義［１２］，我國也正快速發(fā)展無人艇技術(shù)，但技術(shù)與美、德、英等西方國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國際前沿技術(shù)。逡逑２０１３年，由上海大學等單位聯(lián)合成功研制出我國首艘水面無人測量艇“精海號”邋［１５］，逡逑該艇實現(xiàn)手動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、遠距離自主航行等多項功能；其可在２０ｋｍ距離內(nèi)超視距控制，采用單、多波束逡逑聲吶測深，前視多波束聲吶、側(cè)掃聲吶探測，多普勒流速流向測量等海洋多要素綜合測量逡逑功能，是一艘性能出色的測量艇。逡逑．邐煖：逡逑圖１．３邋“天象一號”無人艇實物圖邐圖１．４邋“精海號”無人艇實物圖逡逑現(xiàn)將國外先進無人艇性能參數(shù)總結(jié)如下表１．１所示［１６］。逡逑表１．１各國先進無人艇參數(shù)逡逑艇名邐制造國制造／試驗￣續(xù)航能力（�。畲蠛剿龠姡湾义线姇r間邋（ｍ）邐時／節(jié)／）邐（＾）邐逡逑斯巴達偵察兵邐美國邐２００２邐７／１１邐８ｈ／２８ｋｎ邐５０邐情報、艦隊保護逡逑幽靈衛(wèi)視邐美國邐２００３．９邐８邐２４ｈ邐４０邐警戒、防衛(wèi)逡逑水虎魚邐美國邐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人艇Ｍ７５［１９］，其海況適應性達到４逡逑級，具備自主航行及自動避障功能以及智能控制終端與實時遠程通訊功能，長約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。逡逑天海防務為交通部北海救１１１船配備ＴＨ４５型無人艇母船可以支持其在附近海域逡逑作業(yè)，實現(xiàn)海上救助母船支持系統(tǒng)與無人艇協(xié)作快速搜救目標，如圖１．６所示。逡逑圖１．５邋Ｍ７５水上救助無人艇實物圖邐圖１．６邋１１１船與ＴＨ４５型救助無人艇實物圖逡逑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”輪上遇逡逑險船員［２１］。逡逑５逡逑

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本文編號：2779922