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无人系统保障船运动轨迹控制研究
| 论文题名： | 无人系统保障船运动轨迹控制研究 |
| 关键词： | 保障船;无人系统;运动轨迹;控制器 |
| 摘要： | 随着现代智能化技术的飞速发展，越来越多结合无人系统的产品:无人艇，无人汽车渐渐进入人们的视野，融入人们的生活，成为现代生活的一种风尚。本文研究了一种无人系统保障船，采用全新船型，是用以搭载水下潜器与无人艇的水上作业平台。它在兼备一般保障船功能的同时结合无人系统，具有自主航行、续航力强等技术特点。由于该船型目前还在研发阶段，各方面的工作亟待理论验证，因此本论文就该船的运动轨迹控制问题展开重点研究，主要包括以下几个方面: 第一，基于水面船舶六自由度非线性数学模型，得到适合本船型进行控制器设计的三自由度运动数学模型，并针对模型中的控制输入项，构建推力分配模型。 第二，针对运动模型中水动力参数未知的问题，基于CFD软件STAR-CCM+对无人系统保障船进行约束模的数值模拟，通过对计算结果的后处理得到了水动力参数，并由定常直航与定常回转仿真试验验证了参数的可用性。 第三，为实现无人系统保障船的运动轨迹控制，首先设计了航速控制器与基于滑模法航向控制器，并在设计过程中引入零均值高斯分布的随机噪声模拟外界扰动，并通过仿真试验证明了控制器的鲁棒性。然后，针对无人系统保障船的直线路径跟踪问题，结合LOS制导算法与基于指数趋近律的滑模控制法设计控制器，并引入低通滤波器与饱和控制环节实现控制器的性能优化，通过对期望直线路径的跟踪仿真，验证了所设计滑模鲁棒控制器的优良性能。 第四，针对运动轨迹控制中关于目标点的镇定问题，基于反步法设计一种非线性运动镇定控制器，并相继引入动态面技术与高增益观测器进行性能优化。通过系统仿真验证了控制器良好的镇定控制效果，并在引入高增益观测器后，能够实现对船舶运动速度较为准确的估计，解决了工程中船舶实际运动速度不易直接测量的问题。 |
| 作者： | 康钊 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 邹劲;高剑军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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