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基于能耗最优的喷水推进无人艇路径规划方法研究
| 论文题名： | 基于能耗最优的喷水推进无人艇路径规划方法研究 |
| 关键词： | 无人艇;喷水推进;路径规划;能耗最优;海洋开发 |
| 摘要： | 随着全球能源消耗的增加，以及陆上资源的日渐枯竭，海洋资源的开发利用逐渐受到人们的重视。无人艇的研究恰好迎合了这方面的需求，一方面无人艇作为一种海上智能平台被广泛应用于海洋资源开发;另一方面无人艇也加入到了各国海上安全防卫的工作中。路径规划技术是实现无人艇智能化的重要一环，本文旨在研究以能耗最优为约束的无人艇路径规划技术，其中包含了如下研究内容: 1.为分析无人艇在海上作业时的能耗大小，首先建立无人艇运动的数学模型，其中包含了无人艇的运动学以及动力学模型，此外还需建立海洋环境的数学模型，以及动力装置喷水推进器的数学模型。综合上述模型对无人艇的能耗进行分析计算。 2.首先对S57标准的电子海图信息进行提取并转换成路径规划所需的数据格式，通过可视图法建立环境地图模型。然后分析无人艇在风浪等环境力作用下的能耗计算方法。而后改进传统蚁群算法易陷入局部最优解的缺陷，重新设计局部启发函数。在此基础上加入风和浪等干扰，并以能耗最优为目标改进信息素函数，进行以能耗最优为目标的全局路规划，同时与路径最短的全局规划进行对比。 3.采用一种改进的人工势场法进行局部路径规划，对动态的障碍物进行规避。首先针对人工势场法中存在的局部极小值问题，提出一种旋转磁场的方法对引力函数进行改进。而后改进斥力函数，解决目标不可达问题。在得到改进的人工势场法后，将其与矢量的环境场相结合，最终形成时变海况下的能耗节省的规划技术。 4.设计一种双层的路径规划方法。全局层采用基于能耗最优的蚁群算法进行规划，局部层采用人工势场法并结合时变海况，最终实现了全局规划与局部规划的协调切换，形成一套完整的以能耗最优为目标的路径规划方法。 本课题研究以能耗最优为约束的无人艇路径规划技术，其中包含了对喷水推进无人艇能耗的分析计算，并以能耗最优为目标设计蚁群算法进行全局路径的规划，将改进人工势场法结合时变海况进行局部路径的规划，最后设计一种双层路径规划的方法，将全局规划与局部规划协调切换，最终实现以能耗最优为目标的路径规划。 |
| 作者： | 赵亮博 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 王元慧 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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