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原文传递船舶编队及避碰避障控制研究

论文题名：	船舶编队及避碰避障控制研究
关键词：	船舶编队;多智能体系统;避碰避障控制;领导跟随法;自适应神经网络
摘要：	多船协同控制是受自然界中的生物群体行为启发而产生的研究方向。其在搜救与打捞、海洋探索与资源勘探、军事作战等领域中都具有广泛的应用前景。通常来讲，单个船舶的通信、感知和决策能力是有限的。对此，如何实现无人船协同编队、智能感知与避碰避障任务成为了这一领域研究的关键问题。特别地，船舶编队是多船舶协同控制任务中基本且重要的任务之一，也是国内外船舶运动控制领域研究热点之一。为了完成这一任务，需要使得船舶集群在行进过程中保持航行速度一致且相对位置不变。此外，船舶编队的安全性与可靠性也是不可忽视的，比如船舶编队中两船之间的避碰问题、编队与外部障碍物的避障问题。为了使得船舶编队能够安全行进，编队内两船之间可靠的通信保持也是十分重要的。如何在考虑避碰、避障、联通性保持等问题的前提下实现船舶编队控制，是船舶集群协同控制领域需解决的重要问题。　　本文针对船舶编队、船舶避碰避障、船间通信保持等问题，在国内外已有的研究成果的基础上，对如何实现船舶集群编队及避碰避障控制进行讨论。首先研究了如何实现具有非线性动态的二阶多智能体系统的编队及避碰避障控制，然后将所设计的控制器应用于船舶编队的避碰避障控制中。本文的主要工作如下：　　(1)针对二阶非线性多智能体系统在存在障碍物的场景中的无碰撞运动控制问题，通过整合领导跟随法、自适应神经网络技术和人工势场法提出了一种考虑避碰避障的二阶非线性多智能体编队控制策略。并且，考虑到所设计的避碰避障势场在智能体避碰避障过程中容易造成智能体间出现过大的分离距离而导致联通性丢失的问题，设计了编队联通性保持控制器，提升了编队控制的可靠性。　　(2)针对船舶集群编队及避碰避障控制问题，以考虑避碰避障控制的二阶非线性多智能体编队控制方法为基础，提出了考虑船舶非线性特性的船舶集群编队控制方法。本文结合领导跟随编队框架，代数图论与二阶非线性多智能体编队避碰避障控制方法，实现了考虑避碰避障的船舶集群编队控制。　　总的来说，本文主要针对船舶集群编队及避碰避障控制问题，通过整合代数图论法、领导跟随法、人工势场法、自适应神经网络技术等方法和技术，提出了考虑避碰避障的船舶集群编队控制方法，为船舶集群编队控制的应用奠定基础。
作者：	杨顺
专业：	航海科学与技术
导师：	单麒赫;李铁山
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2021