無(wú)人水面艇（Unmanned Surface Vessel,USV）的軌跡跟蹤是完成海洋勘探,編隊(duì)航行,軍事偵察等任務(wù)的不可或缺的重要手段。但由于USV所具有的欠驅(qū)動(dòng),非線性,高耦合等特性,再加上環(huán)境干擾等因素的影響,USV的軌跡跟蹤控制就更加困難�；谏鲜鲈�,本文采用基于生物啟發(fā)的反步法與反步滑模控制方法對(duì)控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于USV軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)中存在的微分膨脹,輸入飽和,環(huán)境干擾等問題進(jìn)行了處理,并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。本文具體的研究工作如下述所示:1.建立了欠驅(qū)動(dòng)無(wú)人艇的數(shù)學(xué)模型�；诜蛛x模型建模的思想,建立了北東坐標(biāo)系和船體坐標(biāo)系,并用其描述了USV的六自由度數(shù)學(xué)模型。為方便設(shè)計(jì)控制器,基于一系列假設(shè)條件,建立三自由度的USV數(shù)學(xué)模型。并對(duì)所建立的USV模型進(jìn)行定常直航及定�；剞D(zhuǎn)仿真驗(yàn)證,進(jìn)而證明了所建的USV數(shù)學(xué)模型的動(dòng)力性能與操縱性能均能夠滿足要求,為下文的軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)的驗(yàn)證,打下了基礎(chǔ)。2.完成生物啟發(fā)模型的建立,并使用反步法設(shè)計(jì)了軌跡跟蹤控制器。介紹了生物啟發(fā)模型的基本原理及特性,并建立了相應(yīng)的模型,通過(guò)仿真驗(yàn)證,驗(yàn)證了模型在微分替代特性和平滑輸出信號(hào)的作用。而在... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

海上貓頭鷹（左）幽靈衛(wèi)士（右）

并研制了相關(guān)類型的產(chǎn)品，具體包括：1. X 級(jí)無(wú)人水面艦艇，非標(biāo)準(zhǔn)級(jí) USV，體積略小，長(zhǎng)度只有 3 米。它可搭載在中型艦船上進(jìn)行部署和接收，多用于軍事上支持特種部隊(duì)作戰(zhàn)和海上封鎖�！昂Ｉ县堫^鷹”即為美軍研制的此類型產(chǎn)品，其船長(zhǎng)為 3 米，最快行駛速度 45 節(jié)，可以在淺海岸水域?qū)嵤┣閳?bào)/看守/伺探、反水雷和海上攔截等任務(wù)，如圖 1.1（左）所示。美國(guó)海軍將“海上貓頭鷹”放置到波斯灣，在海上進(jìn)行了一連串試航，并參與很多次反水雷作戰(zhàn)，呈現(xiàn)了“海上貓頭鷹”卓越的性能。另外，“幽靈衛(wèi)士”和“�；Ⅳ~”無(wú)人摩托艇也屬于美國(guó)海軍 X 級(jí)無(wú)人水面艦艇，如圖 1.1（右）與圖 1.2（左）所示。圖 1.1 海上貓頭鷹（左）幽靈衛(wèi)士（右）

無(wú)人駕駛遠(yuǎn)程捕獵船（AN/WLD-1）是美國(guó)海軍在 20 世紀(jì) 90 年代末期開發(fā)的一種浮潛級(jí)無(wú)人水面艦艇。其長(zhǎng)度為 7 米，行駛速度為 10 節(jié)， 20~40 小時(shí)的電池壽命和 30 英尺的工作深度。AN/WLD-1 驅(qū)動(dòng)由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供，推進(jìn)功率最高可達(dá) 370 馬力，其使用成本也很低，因?yàn)椴裼蜋C(jī)的通氣管露在水面，無(wú)需復(fù)雜昂貴的電池組。導(dǎo)航雷達(dá)、一次性滅雷具、變深聲吶、光電傳感器還有信號(hào)偵察裝置該艇均可負(fù)載。美國(guó)海軍還在此基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行改進(jìn)，希望 AN/WLD-1 還能夠負(fù)載魚雷與導(dǎo)彈從而執(zhí)行更難的任務(wù)。4. “艦隊(duì)”級(jí)（Fleet）USV 是一艘大型無(wú)人水面艇。它具有較長(zhǎng)的電池壽命，良好的耐波性，能夠承載各種設(shè)備工具并執(zhí)行各種任務(wù)。行駛速度為 32~35 節(jié)，電池使用壽命超過(guò) 48 小時(shí)。美國(guó)海軍設(shè)想開發(fā)一種艦隊(duì)級(jí) USV 叫做“藍(lán)色騎士”，作為無(wú)人駕駛的高機(jī)動(dòng)性火力部隊(duì)。根據(jù)計(jì)劃，“藍(lán)色騎士”的長(zhǎng)度為 40.4 米，最高行駛速度達(dá) 50 節(jié)，可以在復(fù)雜海況下工作。而且工作模塊化，能夠依據(jù)執(zhí)行任務(wù)的不同，而更換相應(yīng)的模塊與此同時(shí)，2010 年美國(guó)軍方提出的反潛連續(xù)跟蹤無(wú)人艇（ACTUV）也是一種艦隊(duì)級(jí)別的。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，反潛連續(xù)跟蹤無(wú)人艇的艇長(zhǎng)為 19.1 米、寬 5.8 米、最大航速為 27節(jié)，電池可使用 30 天。反潛連續(xù)跟蹤無(wú)人艇能夠承載聲吶傳感器以及其它傳感器，不久的將來(lái)會(huì)成為潛艇的天敵[2]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]基于神經(jīng)動(dòng)態(tài)模型的自治水面艇智能跟蹤控制[D]. 潘昌忠.中南大學(xué) 2013
[2]欠驅(qū)動(dòng)水面船舶航跡自抗擾控制研究[D]. 李榮輝.大連海事大學(xué) 2013
[3]欠驅(qū)動(dòng)水面船舶的全局鎮(zhèn)定控制方法研究[D]. 于瑞亭.哈爾濱工程大學(xué) 2012
[4]噴水推進(jìn)水面無(wú)人艇的非線性控制方法研究[D]. 曾薄文.哈爾濱工程大學(xué) 2012
[5]欠驅(qū)動(dòng)水面船舶非線性反饋控制研究[D]. 卜仁祥.大連海事大學(xué) 2008
[6]水面船舶的非線性控制研究[D]. 程金.中國(guó)科學(xué)院研究生院（自動(dòng)化研究所） 2007

碩士論文
[1]欠驅(qū)動(dòng)水面航行器高精度航跡跟蹤控制研究[D]. 劉忠忠.大連海事大學(xué) 2018
[2]受生物啟發(fā)的欠驅(qū)動(dòng)UUV三維軌跡跟蹤反步控制研究[D]. 趙俊鵬.哈爾濱工程大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3093925