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喷水推进无人艇的路径规划和控制研究
| 论文题名： | 喷水推进无人艇的路径规划和控制研究 |
| 关键词： | 喷水推进无人艇;航向控制;路径规划;航行避碰 |
| 摘要： | 喷水推进无人艇作为一种新型无人舰艇，具有操纵灵活、智能程度高等优点，目前已得到广泛应用。但其运动系统是欠驱动系统，具有强干扰性和模型不确定性等特点，这使得研究困难增加。研究该型无人艇既有助于解决一般非线性系统的控制问题，也有助于解决船舶在风浪干扰环境下的操纵控制等实际工程问题，因此对无人艇的研究有一定的理论意义与实用价值。在此背景下，本论文重点研究了喷水推进无人艇的运动控制与路径规划等方面的问题，并对其运动策略进行分析与研究，设计了具有鲁棒性能和自适应能力的欠驱动航向控制器，并通过仿真验证了无人艇的路径跟踪控制及路径规划控制，取得了较为良好的控制效果。本文的主要内容如下： 首先，基于某型无人艇操纵性运动方程，结合喷水推进器的推力数学模型，建立本艇初始运动控制目标模型，在考虑水面船舶航行运动中存在的欠驱动特性的基础上，建模得到喷水推进无人艇的欠驱动运动控制方程，为后续的研究提供模型基础。 其次，考虑在无人艇航行中存在风浪流等海洋环境干扰情况时，针对喷水推进无人艇的航向航速控制问题进行研究，设计反馈状态扰动观测器，基于滑模控制理论完成了包含扰动观测器的鲁棒自适应滑模航向控制算法设计，并进行了仿真分析研究。 再次，针对无人艇海上航行的路径跟踪问题，基于前述鲁棒滑模控制算法，设计LOS滑模航向控制器并证明了其李雅普诺夫稳定性，经仿真验证该方法可有效实现在具有外部干扰的情况下对无人艇的路径跟踪控制。 最后，针对无人艇在海上复杂环境中的安全航行控制问题，开展无人艇全局静态路径规划控制和动态避碰局部路径规划控制研究。基于电子海图，采取A星算法与栅格法相结合的方式进行全局航行路径建模与规划分析，实现对岛屿等静态障碍物的有效安全规避。进而，基于预设避碰规则，研究航行中的无人艇会遇时的动态局部路径修正问题，经过对多种不同会遇姿态进行动态仿真验证，本文设计的滑模航向控制可有效实现存在风浪流干扰条件时无人艇的海上安全航行。 |
| 作者： | 龚勋 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 林壮 |
| 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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