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基于模型预测控制的船舶避碰算法
| 论文题名： | 基于模型预测控制的船舶避碰算法 |
| 关键词： | 船舶避碰;自主航行;船舶运动数学模型;模型预测控制;碰撞危险度 |
| 摘要： | 船舶自主避碰技术作为智能船舶的关键技术之一得到了广泛的关注，已成为航海科技领域的研究热点。由于海上交通环境复杂多变以及《国际海上避碰规则》（简称《规则》）难以量化等因素，船舶自主避碰一直面临着不确定性和应用风险。本文对海上开阔水域多船自主避碰中的船舶运动模型、《规则》量化、避碰算法等方面展开了研究。 首先，为了满足船舶自主避碰过程中的操纵性需求，论文构建了描述船舶航行状态的船舶运动数学模型。由于MMG(ShipManeuveringMathematicalModelGroup)模型体系完整、水动力参数物理意义明确、准确度高，论文基于MMG模型，针对某教学实习船搭建了三自由度的船舶运动数学模型，同时考虑了风、流环境干扰力的影响。 其次，针对现有船舶会遇态势辨识模型存在辨识不完整、不符合航海实际等问题，论文开展了船舶会遇态势判断和碰撞危险度量化研究，结合两船的相对方位和相对航向建立了新的会遇局面辨识模型，并量化总结会遇局面关键参数；基于两船会遇过程中的DCPA(DistanceatClosestPointofApproach)、TCPA(TimetoClosestPointofApproach)、距离等参数，利用模糊数学加权求和的方法，对两船碰撞危险进行了量化研究。 最后，从船舶避碰的操纵性约束和《规则》量化等角度出发，基于船舶动力学的改进模型预测控制思想，提出了一种适用于开阔水域的多船自主避碰算法，利用MMG模型实现本船轨迹预测，并通过建立评价函数得到船舶避碰的局部最优控制值，实现船舶自主避碰。 论文在电子海图仿真测试平台中通过设立单船会遇和多船会遇局面，分析船舶自主避碰航行轨迹以及航行数据的变化，验证了本文所提出的多船自主避碰算法的有效性。 |
| 作者： | 谢鸿伟 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 张英俊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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