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无人水面艇航行控制器的研究与实现
| 论文题名： | 无人水面艇航行控制器的研究与实现 |
| 关键词： | 无人水面艇;航行控制器;航向控制;航迹跟踪 |
| 摘要： | 无人水面艇(Unmanned Surface Vessel，USV)是一种智能化、自主化的海洋装备，综合了多种高新技术，同无人机、无人车一样，是国家未来构建海陆空三位一体综合信息系统的重要组成部分。无人水面艇在环境探测、水文监测、海洋测绘、海洋维权、敌情侦测等领域将发挥重要作用。面对复杂未知的海洋环境，设计一种稳定可靠的无人水面艇自主航行控制器，是无人水面艇自主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，为了解决含有模型不确定性和外界干扰条件下的欠驱动无人水面艇自主航行控制问题，主要完成了以下研究工作: 1、介绍了本论文应用到的基础知识，包括Lyapunov稳定性理论、Backstepping理论、动态面控制(DSC)技术。依据船舶数学模型的知识建立了“蓝信”号无人水面艇操纵运动数学模型，包括三自由度运动模型、响应型操纵模型和海况干扰模型，并搭建了无人水面艇操纵运动仿真系统。 2、针对无人水面艇的自主航向控制，利用非线性干扰观测器(NDOB)观测系统不确定性和外界干扰，在控制中作等量补偿，并通过引入动态面技术解决“计算膨胀”的问题，设计了一种基于非线性干扰观测器的航向跟踪控制器。仿真结果表明了所设计控制器对航向跟踪和干扰抑制的有效性。 3、针对无人水面艇的自主航迹跟踪控制，将Line-of-sight(LOS)制导算法与基于非线性干扰观测器的航向跟踪控制算法相结合，设计了一种基于LOS的间接航迹跟踪控制器，并进行了直线和曲线航迹跟踪的仿真验证;为了提高无人水面艇航迹跟踪控制的精度，设计了一种基于非线性干扰观测器的直接航迹跟踪控制器，并进行了直线航迹跟踪的仿真验证。仿真结果表明了所设计控制器对航迹跟踪控制的有效性。 4、为了验证上述所设计控制器在实船应用中的正确性，搭建了“蓝信”号无人水面艇自主航行控制平台，设计并实现了无人水面艇航向和航迹跟踪控制的软硬件系统。海上实船实验的结果表明，所设计的航行控制器可以在复杂海洋环境下实现对航向和航迹的精确跟踪，并具有较好的鲁棒性。 |
| 作者： | 丁晓伟 |
| 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： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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