無人水面艇(Unmanned Surface Vessel,USV)是一種智能化、自主化的海洋裝備,綜合了多種高新技術(shù),同無人機(jī)、無人車一樣,是國家未來構(gòu)建海陸空三位一體綜合信息系統(tǒng)的重要組成部分。無人水面艇在環(huán)境探測、水文監(jiān)測、海洋測繪、海洋維權(quán)、敵情偵測等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用。面對復(fù)雜未知的海洋環(huán)境,設(shè)計(jì)一種穩(wěn)定可靠的無人水面艇自主航行控制器,是無人水面艇自主控制研究的重要內(nèi)容之一。本文以大連海事大學(xué)“藍(lán)信”號無人水面艇為研究對象,為了解決含有模型不確定性和外界干擾條件下的欠驅(qū)動(dòng)無人水面艇自主航行控制問題,主要完成了以下研究工作:1、介紹了本論文應(yīng)用到的基礎(chǔ)知識,包括Lyapunov穩(wěn)定性理論、Backstepping理論、動(dòng)態(tài)面控制(DSC)技術(shù)。依據(jù)船舶數(shù)學(xué)模型的知識建立了“藍(lán)信”號無人水面艇操縱運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型,包括三自由度運(yùn)動(dòng)模型、響應(yīng)型操縱模型和海況干擾模型,并搭建了無人水面艇操縱運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)。2、針對無人水面艇的自主航向控制,利用非線性干擾觀測器(NDOB)觀測系統(tǒng)不確定性和外界干擾,在控制中作等量補(bǔ)償,并通過引入動(dòng)態(tài)面技術(shù)解決“計(jì)算膨脹”的問題,設(shè)計(jì)了一種基于非線性干擾觀測...

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 欠驅(qū)動(dòng)無人水面艇航行控制概述
    1.3 無人水面艇航行控制研究發(fā)展現(xiàn)狀
        1.3.1 無人水面艇航向控制
        1.3.2 無人水面艇航跡控制
    1.4 研究內(nèi)容以及論文主要章節(jié)
第2章 理論基礎(chǔ)
    2.1 Lyapunov穩(wěn)定性理論
        2.1.1 基本概念
        2.1.2 Lyapunov穩(wěn)定性定理
        2.1.3 Barbalet引理
    2.2 Backstepping理論基礎(chǔ)
    2.3 動(dòng)態(tài)面理論
    2.4 無人水面艇數(shù)學(xué)模型
        2.4.1 無人水面艇線性數(shù)學(xué)模型
        2.4.2 無人水面艇非線性數(shù)學(xué)模型
    2.5 無人水面艇運(yùn)動(dòng)的干擾數(shù)學(xué)模型
        2.5.1 海風(fēng)干擾
        2.5.2 海浪干擾
        2.5.3 海流干擾
    2.6 本章小結(jié)
第3章 無人水面艇航向跟蹤控制
    3.1 “藍(lán)信”號無人水面艇的數(shù)學(xué)模型
    3.2 非線性干擾觀測器
        3.2.1 無人水面艇不確定性動(dòng)態(tài)方程
        3.2.2 非線性干擾觀測器(NDOB)的設(shè)計(jì)
    3.3 基于NDOB的航向跟蹤控制
        3.3.1 控制器設(shè)計(jì)
        3.3.2 仿真驗(yàn)證與結(jié)果分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 無人水面艇航跡跟蹤控制
    4.1 LOS制導(dǎo)控制算法
    4.2 基于LOS的間接航跡跟蹤控制
        4.2.1 控制器設(shè)計(jì)
        4.2.2 仿真驗(yàn)證與結(jié)果分析
    4.3 基于NDOB的直接航跡跟蹤控制
        4.3.1 控制器設(shè)計(jì)
        4.3.2 仿真驗(yàn)證與結(jié)果分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 “藍(lán)信”號無人水面艇航行控制的實(shí)船驗(yàn)證
    5.1 無人水面艇航行控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
        5.1.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        5.1.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    5.2 航向跟蹤控制的實(shí)船驗(yàn)證
    5.3 航跡跟蹤控制的實(shí)船驗(yàn)證
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 本文主要研究內(nèi)容
    6.2 本文主要的創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝



本文編號：3826199