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柔性连接式双无人艇自主协同控制研究
| 论文题名： | 柔性连接式双无人艇自主协同控制研究 |
| 关键词： | 双无人艇;自主协同控制;零空间方法;仿真分析 |
| 摘要： | 2016年我国的石油对外依存度已经达到65%，成为了世界最大原油进口国，港口近海岸区域频繁的卸油作业增大了溢油事故发生的概率。通常利用有人船搭载清除设备处理浮在海上的溢油，但这种方法效率很低，而且原油挥发出的有害化学物质会威胁人身安全，若溢油不加处理也会威胁海里生活的动植物。故考虑使用两艘无人艇搭载溢油清除设备（围油栏）自主围捕溢油，这种具有物理连接的两艘无人艇除了可用来清理海上溢油之外，还可用于水面垃圾清理、清除核生化污染、在海港建设浮船坞，或落水人员与失事船只的救助。本文以带有柔性连接缆的两艘无人艇为研究对象，提出一种柔性连接式双无人艇的自主协同控制方法，使其能够完成溢油回收和其他依赖协同控制的类似任务。 首先，考虑到柔性连接式双无人艇自主协同系统中柔性浮缆带来的水动力矩，建立了欠驱动无人艇的三自由度动力学模型；根据双无人艇的欠驱动特性与围捕溢油任务带来的航迹曲线几何约束，基于 B样条曲线规划一条针对柔性连接式双无人艇运动中心的平滑航行轨迹，考虑不同海流速度对溢油位置的影响改变样条曲线上的样板航迹点，之后通过遗传算法选出样条曲线上其他航迹点，并根据约束确定遗传算法中的种群适应度函数。 其次，分析柔性连接式双无人艇完成溢油围捕任务的过程中两艘无人艇的具体行为：轨迹跟踪、保持队形、溢油围捕、速度动态调整等行为，并设定行为的优先级；使用零空间方法（Null-Space-Base，NSB）按照行为的优先级进行行为融合，计算出两艘无人艇的实时期望航向与航速；设计 S面控制器控制无人艇的航速航向，并对仿真实验结果进行分析。 最后，近似计算柔性浮缆在系统航行时受到的水动力矩，分析系统受到浮缆力矩的影响后出现的拖曳分离现象，根据在浮缆力矩的影响下两艘无人艇的具体状态，加入模糊控制器调整零空间行为融合后输出的期望艏向角及航速。最终系统能够在浮缆力矩的影响下依然保持航行的一致性；浮缆力矩由于系统航行稳定也能够保持在一定范围内变化，不会剧烈波动。 |
| 作者： | 李彦莹 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 王卓 |
| 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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