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水面无人艇航向控制器的设计与实现
| 论文题名： | 水面无人艇航向控制器的设计与实现 |
| 关键词： | 水面无人艇;航向控制器;线性自抗扰控制;抗干扰能力 |
| 摘要： | 随着科学技术的进步，无人艇作为一种能够搭载多种功能模块的智能化平台，能够承担越来越多的任务。无人艇在工作过程中，对航向控制有着较高的要求。针对无人艇在航行过程中存在动态模型非线性和参数不确定性以及外界扰动等因素，本文结合线性自抗扰控制技术的优点，设计基于线性自抗扰算法的航向控制器，并搭建了航向控制系统。文章内容主要包括： 首先，基于无人艇相关的数学建模理论，建立了水面无人艇三自由度平面运动的线性响应模型和舵机模型，还给出了相关的环境扰动模型，以便于仿真分析。对自抗扰控制器的原理和结构进行了介绍，指出了其在扰动条件下具有明显的优势。为改善普通自抗扰控制器存在参数难以整定的问题，引入线性自抗扰控制算法，建立了基于线性自抗扰算法的航向控制器。分别在多种条件下进行仿真实验并同基于经典PID算法的控制器作对比。仿真结果显示基于线性自抗扰算法设计的航向控制器整体表现较好，有较强的鲁棒性和抗干扰能力。 其次，针对无人艇航向控制系统中定位传感器和姿态传感器两个重要的传感器设备，分别介绍了它们的功能参数和适用条件，阐明了它们各自在数据采集时使用的通信协议，对艇载微控制器获取这两个传感器数据的过程也进行了必要的说明。所获取的水面无人艇的位置信息以及航向角信息，是水面无人艇航向控制数据链中必要组成部分，为航向控制系统的实现打下了坚实的基础。 最后，以微控制器STM32F4和外围辅助模块搭建了水面无人艇航向控制系统的硬件部分，并设计编写了各个子功能的软件程序，然后经过调试与整合，实现了航向控制的软件设计。把搭载航向控制系统的水面无人艇，在厦门市某海域进行了实地测验，实验结果表明所设计的无人艇航向控制系统，在现实环境中也能够达到对无人艇的航向控制较为理想的效果，可以满足设计需求。 |
| 作者： | 张佑宇 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 林洪贵;吴德烽 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 集美大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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