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原文传递 USV模糊免疫控制技术研究

论文题名：	USV模糊免疫控制技术研究
关键词：	水面无人艇;航向控制;模糊免疫算法;PID控制器
摘要：	随着社会经济飞速发展，世界上许多海洋大国都越来越重视海洋资源。为了能够加强对海洋的控制，许多国家都不惜代价地发展水面无人艇（unmanned surface vehicle），水面无人艇通常简称为USV。为了避免产生人员伤亡，经常需要使用无人艇去一些危险海域完成任务。当无人艇在执行任务时，有时需要其能够沿着预定引航点所引导的路线安全航行，为了能够让无人艇更好地通过这些引航点就需要对其位置进行控制，在实现位置控制的过程中还需要对无人艇的航向进行控制，以使无人艇能够快速准确地转到指令航向上来。因此，如何有效地解决水面无人艇的航向控制和位置控制问题具有非常重要的研究价值和实际意义。本文为了解决上述问题，设计了一种基于模糊免疫算法的智能航向控制器来控制无人艇的航向，并以航向控制为基础提出了无人艇的位置控制方法。　　首先，针对无人艇的航向控制问题推导了无人艇的运动数学模型。为了建立一个恰当的数学模型本文在无人艇六自由度数学模型的基础上根据无人艇运动控制的特点把其简化为了三自由度的数学模型并对其受到的水动力、推力和各种干扰力进行了分析，进而导出了水面无人艇操纵运动线性响应方程。　　其次，为了解决无人艇在航行中的航向控制问题，本文把模糊推理控制、免疫反馈算法和PID控制算法相结合设计了一种无人艇模糊免疫 PID航向控制器。该智能航向控制器可以根据无人艇所处的状态自适应地调整模糊免疫PID航向控制器中PID控制算法的三个参数，以实现对无人艇的精确控制。为了改善模糊免疫PID航向控制算法中固定论域的不足，本文采用变论域的思想对该智能航向控制器进行了优化改进并通过实验仿真验证了优化改进后的智能航向控制器具有良好的控制效果。　　最后，在无人艇的位置控制方面，本文提出了基于航向控制的水面无人艇位置控制方案，即在所设计的智能PID航向控制器的基础上通过导向环节的不断指引最终实现对无人艇的位置控制。实验结果表明本文提出的水面无人艇位置控制方案具有较好的位置控制效果。
作者：	王申广
专业：	计算机技术
导师：	张汝波
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文