本文關(guān)鍵詞：基于數(shù)據(jù)挖掘的水面無人艇建模及航向控制研究

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【摘要】：無人艇運動系統(tǒng)建模及其航向控制是無人艇進行自主航行的核心技術(shù)。有效的運動控制系統(tǒng)對提高偵察設(shè)備觀測效果、武器裝備系統(tǒng)精度都是十分重要的。由于無人艇運動系統(tǒng)所固有的非線性及不確定特征,采用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模與航向控制方法難以達到滿意的系統(tǒng)性能要求。在無人艇建模方面,無論是水動力模型還是響應(yīng)模型,其關(guān)鍵都是依照固有的模型框架精確確定船舶動態(tài)特性參數(shù)。由于受到固有模型框架的限制和約束,時常會生成與實際情況不相匹配的模型。在無人艇控制方面,由于受到風(fēng)、浪、流及其他外界干擾的影響,無人艇運動具有很強的隨機性和非線性,傳統(tǒng)控制手段難以達到快速精確的控制效果。 針對以上問題,本文不但基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和模糊推理系統(tǒng)進行了無人艇運動系統(tǒng)的建模,而且將該辨識結(jié)果運用于無人艇航向的前饋補償比例微分控制器設(shè)計中,并運用李雅普諾夫穩(wěn)定性分析證明了閉環(huán)系統(tǒng)跟蹤誤差的有界性。基于數(shù)據(jù)挖掘的模糊建模方法是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動方法,它無須考慮無人艇的運行機理及流體動力等因素,能夠直接依據(jù)舵角和航向的采樣數(shù)據(jù)生成模糊規(guī)則,建立無人艇運動系統(tǒng)模型。而基于模糊辨識的前饋補償控制方法,在控制過程中利用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論對模糊規(guī)則進行實時調(diào)整,增強了非線性項的控制能力。對比傳統(tǒng)的PID航向控制算法,仿真結(jié)果驗證了該前饋補償控制算法的快速性和有效性。 最后,本文將MATLAB作為以上內(nèi)容實現(xiàn)的平臺,并且用GUI工具為各個功能的實現(xiàn)提供一個可視化的整合平臺。具體功能包括：各無人艇操縱系數(shù)計算,利用采樣數(shù)據(jù)進行無人艇運動模型辨識,對無人艇運動模型進行PID航向控制,以及基于模糊辨識進行船舶航向的補償控制。
【關(guān)鍵詞】：水面無人艇 航向控制 模糊推理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)挖掘
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U675.7;U674.77
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 水面無人艇的研究背景和意義10-11
• 1.1.1 水面無人艇的研究背景和意義10
• 1.1.2 建立水面無人艇數(shù)學(xué)模型的背景和意義10-11
• 1.1.3 水面無人艇航向控制的的研究意義11
• 1.2 國內(nèi)外水面無人艇的研究現(xiàn)狀及面臨課題11-14
• 1.2.1 國內(nèi)外水面無人艇的研究成果11-13
• 1.2.2 水面無人艇數(shù)學(xué)模型建立與航向控制的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文的研究內(nèi)容14-16
• 第2章 數(shù)據(jù)挖掘模糊建模理論16-32
• 2.1 模糊推理系統(tǒng)16-17
• 2.2 數(shù)據(jù)挖掘模糊建模的關(guān)鍵問題——模糊規(guī)則提取17-18
• 2.3 提取指定規(guī)則18-20
• 2.4 提取完備模糊規(guī)則庫20-24
• 2.4.1 提取數(shù)據(jù)覆蓋區(qū)域的規(guī)則20-23
• 2.4.2 推測數(shù)據(jù)未覆蓋區(qū)域的規(guī)則23-24
• 2.5 建立模糊預(yù)測模型24-32
• 第3章 水面無人艇操縱系統(tǒng)模糊建模32-44
• 3.1 傳統(tǒng)船舶建模32-39
• 3.1.1 船舶操縱特性32-35
• 3.1.2 線性船舶數(shù)學(xué)模型與非線性船舶數(shù)學(xué)模型35-37
• 3.1.3 響應(yīng)型船舶數(shù)學(xué)模型37-38
• 3.1.4 基于支持向量機方法的船舶操縱性運動建模38-39
• 3.2 船舶操縱系統(tǒng)模糊建模39-43
• 3.3 本章小結(jié)43-44
• 第4章 無人艇航跡控制44-59
• 4.1 無人艇航向控制原理44-46
• 4.2 PID航向控制46-50
• 4.2.1 PID控制理論介紹46-47
• 4.2.2 水面無人艇航向PID控制47-49
• 4.2.3 水面無人艇航向PID控制仿真49-50
• 4.3 水面無人艇航向非線性補償控制50-57
• 4.3.1 水面無人艇航向非線性補償控制原理50-52
• 4.3.2 水面無人艇航向非線性補償控制仿真52-54
• 4.3.3 非線性模糊辨識規(guī)則調(diào)整及李雅普諾夫穩(wěn)定性分析54-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第5章 無人艇試驗平臺軟件開發(fā)59-67
• 5.1 MATLAB GUI簡介59-61
• 5.2 仿真平臺開發(fā)61
• 5.3 主控制界面61-63
• 5.4 模型計算界面63-64
• 5.5 非線性模糊辨識界面及仿真界面64-66
• 5.6 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)論67-68
• 參考文獻68-71
• 致謝71

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 楊鹽生,于曉利,賈欣樂;船舶航向魯棒PID自動舵設(shè)計[J];大連海事大學(xué)學(xué)報;1999年04期

2 陶永華;新型 PID 控制及其應(yīng)用──第一講　PID 控制原理和自整定策略[J];工業(yè)儀表與自動化裝置;1997年04期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 羅偉林;基于支持向量機方法的船舶操縱運動建模研究[D];上海交通大學(xué);2009年

2 廖煜雷;無人艇的非線性運動控制方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

3 白一鳴;基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的模糊推理系統(tǒng)設(shè)計[D];大連海事大學(xué);2013年

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本文編號：765254