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原文传递欠驱动无人艇自主靠泊方法研究

论文题名：	欠驱动无人艇自主靠泊方法研究
关键词：	无人艇;自主靠泊;轨迹规划;模糊控制
摘要：	无人艇为强非线性的欠驱动系统，靠泊时面临的环境较为复杂，使得无人艇自主靠泊成为最困难、最复杂的难题之一；舵和桨一般是针对定常艏向和航速设计，但实际无人艇靠泊时航速需要逐渐收敛艏向需要不断变化，而且还要受到低速导致的舵效差、岸壁效应带来的大扰动等影响，使操纵更加复杂。据统计，70%的船舶靠泊事故与驾驶人员在港内的不良船艺有关，因此，研究欠驱动无人艇自主靠泊技术具有重要的实际意义。　　本文针对无人艇靠泊的轨迹规划问题，探讨基于靠泊约束分析的改进人工势场法，对自主靠泊轨迹规划技术进行研究；面向靠泊的轨迹跟踪问题，提出改进模糊PID控制方法，对码头末端大扰动下的轨迹跟踪问题进行研究；基于“海豚-Ⅰ”号小型无人艇完成了外场靠泊试验，对该方法在无人艇自主靠泊应用中进行深入分析。　　首先，建立了无人艇平面运动数学模型；依据无人艇外场Z型试验数据，利用最小二乘法辨识出无人艇艏向的操纵响应方程，分析推进器电压与航速之间的关系，通过辨识得到相关参数并建立数学模型。　　其次，欠驱动无人艇靠泊中包含诸多约束，如无人艇自身的运动约束、近障碍约束、码头末端的速度和艏向约束，本文将轨迹规划主要分为两部分：远码头轨迹规划、码头末端轨迹规划，分别考虑两阶段的主要影响因素，提出基于约束处理的改进人工势场法，完成面向靠泊的轨迹规划；结合轨迹规划中两阶段的实际问题，分析了无人艇艏向、航速控制的模糊规则确定方法，提出了一种分段式的改进模糊PID控制方法，并进行了仿真对比试验。　　最终，在松花江进行了无人艇自主靠泊的试验，通过对比不同规划轨迹的跟踪效果，验证了基于约束处理的改进人工势场法所规划的轨迹的可靠性，通过分析实验轨迹跟踪效果，验证了控制器具有良好的控制效果。
作者：	张伟斌
专业：	船舶与海洋工程
导师：	李晔
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