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无人艇航向运动控制器的设计与实现
| 论文题名： | 无人艇航向运动控制器的设计与实现 |
| 关键词： | 水面无人艇;航向运动控制;线性化数学模型;卡尔曼滤波算法;数据融合 |
| 摘要： | 水面无人艇作为一种智能化海上运动平台被广泛的应用在水道测量，海洋环境监测和现代化军事战争中。水面无人艇具有广泛的应用前景，已成为国内外智能化海洋装备的研究热点。在复杂多变的海洋环境中，水面无人艇的自主航行尤其是航向跟踪和航向保持性能是其运动控制的基础问题。因此，设计一种能够适应复杂海洋环境下的无人艇航向运动控制器，是无人艇运动控制研究的重要内容之一。本文以大连海事大学“蓝信”号无人水面艇为研究对象，针对其航向运动控制的设计与实现进行研究，主要内容分为以下几部分: 首先，本文采用整体型建模思想，建立了响应型无人艇三自由度平面运动的线性化数学模型。在此基础上，结合模糊控制算法与常规PID控制算法，设计了一种模糊自适应PID航向控制器，并给出了控制参数和模糊整定规则，从而实现了控制器参数的在线自整定。在风浪流干扰的情况下，分别进行了常规PID航向控制与模糊自适应PID航向控制的仿真。仿真结果表明，模糊PID控制算法相较常规PID控制算法具有更为良好的自适应性能。 其次，从艇载多传感器网络中获取了无人水面艇的运动信息数据，利用基于卡尔曼滤波算法的数据融合技术，实现了在水面无人艇航行过程中准确而实时地获取姿态信息。根据无人艇要实现的航向控制功能需求，设计并实现了基于嵌入式航向运动控制系统的软硬件结构。 最后，将设计的嵌入式航向运动控制器应用到“蓝信”号水面无人艇的航向运动控制中。在大连星海湾跨海大桥外围一带海域，分别进行了PID和模糊PID航向控制性能对比的实船实验。实验结果表明，在实际海洋环境中，模糊自适应PID较PID控制从稳态和动态上有更好的航向控制性能，控制精度更高、调节时间更短、鲁棒性更好。 |
| 作者： | 葛增鲁 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 赵永生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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