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原文传递无人帆船循迹航行的控制研究

论文题名：	无人帆船循迹航行的控制研究
关键词：	无人帆船;模糊控制;循迹航行;船模试验
摘要：	无人帆船智能控制研究已有一段时间的发展，在20世纪末，模糊逻辑控制理论开始应用于帆船自动控制。在近20多年来，模糊控制理论在其理论研究与技术应用方面均取得了很大的进步，成为自动控制领域一个非常活跃并且卓有成效的分支。但是迄今为止，在模糊控制应用于帆船的相关文献中，有科学系统地进行过船模试验验证的文章却非常有限。帆船的模糊自动控制仍处于研究的初级阶段，尚未成熟，需要投入大量的研究工作。　　本论文的研究目标在于实现帆船的自动控制，使帆船具有沿指定航线航行的能力，即完成无人帆船控制系统中循迹航行的控制器搭建。本论文的研究成果具有几个方面的应用意义。首先可以发展成为无人帆船，完成海洋表面数据采集等任务。无人帆船可以进入危险环境区域工作而无需船员跟随，并且利用风能航行，既可以延长航行时间，又采用了清洁能源对环境有所保护。其次，帆船自动控制可以应用到私人帆艇驾驶中，作为船员的辅助驾驶设备，减轻船员在长期航行中的疲惫感。另外，也可应用于帆船室内模拟训练台的搭建。　　本论文自主编写了无人帆船的循迹航行控制程序，在已有文献基础上提出了本控制程序的创新点。本文主要研究的循迹航行控制模块包括三个子模块，即局部路径策略、舵自动控制和帆自动控制。局部路径策略的目的是控制帆船转弯的时间点，以及逆风状态下帆船路径的改变控制。舵的控制以模糊控制为基础，采用了速度航向角偏差、转首角速度、侧向垂直距离偏差作为输入，根据水手操舵经验编写了245条规则，并且增加了积分控制项消除稳定误差。帆的控制以帆船水手的经验为依据，利用帆位角与相对风向角的关系编写控制器。　　论文建立了四自由度的帆船数学运动模型进行仿真模拟，修正控制器以达到更优化的效果。另外本文根据自主设计的帆船制作成的1.5m长模型，进行船模试验，验证程序的可行性。仿真模拟与模型船试验均取得了良好结果，证明帆船模糊循迹控制的可行性。本文记录了仿真模拟数据与船模试验数据，并进行了分析对比，提出未来的研究方向和可能的方法。
作者：	王倩
专业：	船舶与海洋工程
导师：	许劲松
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文