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小型无人艇的无模型自适应跟踪方法研究
| 论文题名： | 小型无人艇的无模型自适应跟踪方法研究 |
| 关键词： | 小型无人艇;无模型自适应控制;路径跟随;轨迹跟踪 |
| 摘要： | 无人艇（Unmanned Surface Vehicle，USV）作为无人系统中的一员，在军民领域逐渐展现出它的应用前景和价值，具备海洋探测、环境监控、目标侦查、通信中继等功能，因此无人艇技术的发展受到了越来越多人的关注，更多的研究学者投入到了无人艇研制工作中。无人艇的跟踪技术是实现自主航行的基础，其跟踪控制效果直接决定了无人艇完成任务的质量，因此无人艇跟踪技术是目前无人艇的重点研究方向，具有很高的研究意义。 本文主要以“海豚-I”号小型无人艇为研究对象，从运动学和动力学角度分析无人艇的运动特性，简化并得到该无人艇的三自由度操纵性数学模型。简要介绍了无模型自适应控制方法（Model Free Adaptive Control，MFAC），基于MFAC算法设计无人艇航向、航速控制子系统，其中航速子系统满足该算法对受控系统的假设要求，航向子系统并不满足。因此本文针对无人艇航向子系统特点提出一种改进 MFAC控制算法，并证明了该算法的稳定性和收敛性，同时对基于 MFAC算法设计的航向、航速控制子系统进行仿真试验验证，与 PID控制器进行对比；针对小型无人艇使用低成本传感器导致航向信息精度低、噪声大的问题，提出一种改进无迹卡尔曼滤波方法并应用到航向控制子系统中，仿真试验验证了该方法的有效性。 本文主要从路径跟随、轨迹跟踪两个方面对无人艇跟踪方法进行深入研究。在环境干扰和模型摄动的条件下，针对路径跟随控制问题，基于超前制导法和改进 MFAC算法设计出路径跟随控制器，其中将跟踪误差引入到航向控制子系统中，通过控制无人艇航向实现跟踪误差快速收敛为零，从而消除水流干扰的影响；针对轨迹跟踪控制问题，基于纯跟踪方法和改进MFAC算法设计轨迹跟踪控制器，同时将跟踪误差引入到航速控制子系统中，控制航速消除跟踪误差、补偿水流干扰并跟踪上期望轨迹。通过与PID方法进行对比仿真试验，验证了所提跟踪方法的有效性。搭建“海豚-I”号无人艇样机，基于该艇进行多次水池和外场对比试验，通过试验验证上述跟踪方法的可行性与有效性。 |
| 作者： | 付悦文 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 沈海龙 |
| 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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