無人水面艇（Unmanned Surface Vessel,USV）的軌跡跟蹤是完成海洋勘探,編隊航行,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,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。基于上述原因,本文采用基于生物啟發(fā)的反步法與反步滑�？刂品椒▽刂破鬟M(jìn)行設(shè)計。對于USV軌跡跟蹤控制器設(shè)計中存在的微分膨脹,輸入飽和,環(huán)境干擾等問題進(jìn)行了處理,并進(jìn)行了仿真驗證。本文具體的研究工作如下述所示:1.建立了欠驅(qū)動無人艇的數(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。并對所建立的USV模型進(jìn)行定常直航及定常回轉(zhuǎn)仿真驗證,進(jìn)而證明了所建的USV數(shù)學(xué)模型的動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)計的驗證,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,通過仿真驗證,驗證了模型在微分替代特性和平滑輸出信號的作用。而在... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：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 級無人水面艦艇，非標(biāo)準(zhǔn)級 USV，體積略小，長度只有 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作戰(zhàn)和海上封鎖。“海上貓頭鷹”即為美軍研制的此類型產(chǎn)品，其船長為 3 米，最快行駛速度 45 節(jié)，可以在淺海岸水域?qū)嵤┣閳?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~”無人摩托艇也屬于美國海軍 X 級無人水面艦艇，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）

無人駕駛遠(yuǎn)程捕獵船（AN/WLD-1）是美國海軍在 20 世紀(jì) 90 年代末期開發(fā)的一種浮潛級無人水面艦艇。其長度為 7 米，行駛速度為 10 節(jié)， 20~40 小時的電池壽命和 30 英尺的工作深度。AN/WLD-1 驅(qū)動由柴油發(fā)動機(jī)提供，推進(jìn)功率最高可達(dá) 370 馬力，其使用成本也很低，因為柴油機(jī)的通氣管露在水面，無需復(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偵察裝置該艇均可負(fù)載。美國海軍還在此基礎(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”級（Fleet）USV 是一艘大型無人水面艇。它具有較長的電池壽命，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 48 小時。美國海軍設(shè)想開發(fā)一種艦隊級 USV 叫做“藍(lán)色騎士”，作為無人駕駛的高機(jī)動性火力部隊。根據(jù)計劃，“藍(lán)色騎士”的長度為 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，2010 年美國軍方提出的反潛連續(xù)跟蹤無人艇（ACTUV）也是一種艦隊級別的。根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，反潛連續(xù)跟蹤無人艇的艇長為 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)跟蹤無人艇能夠承載聲吶傳感器以及其它傳感器，不久的將來會成為潛艇的天敵[2]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]國內(nèi)外無人船發(fā)展現(xiàn)狀及未來前景[J]. 曹娟,王雪松.  中國船檢. 2018(05)
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[7]多USV協(xié)同系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與發(fā)展概述[J]. 馬天宇,楊松林,王濤濤,辛磊,陳燚.  艦船科學(xué)技術(shù). 2014(06)
[8]生物啟發(fā)AUV三維軌跡跟蹤控制算法[J]. 朱大奇,張光磊,李蓉.  智能系統(tǒng)學(xué)報. 2014(02)
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博士論文
[1]基于神經(jīng)動態(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.中國科學(xué)院研究生院（自動化研究所） 2007

碩士論文
[1]欠驅(qū)動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：3093925