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欠驱动高速无人艇航迹跟踪控制研究
| 论文题名： | 欠驱动高速无人艇航迹跟踪控制研究 |
| 关键词： | 欠驱动高速无人艇;航迹跟踪;自适应控制;离散信号;通信负载 |
| 摘要： | 无人艇作为连接空中、地面、水面和水下的无人特种平台，在未来海洋工程的国家军事和民用方面都起着至关重要的作用。无人艇航迹跟踪控制作为无人艇完成各种作业任务的重要保障，具有十分重要的科学研究价值。本文研究重点是基于欠驱动无人艇高速航行过程中的非线性、模型不确定性、外界干扰时变性以及在实际工程应用中参数自适应性、控制器鲁棒性、跟踪效果稳定性和航行安全性，设计欠驱动无人艇航迹跟踪控制器，并通过仿真及实船试验验证该控制器的适用性。本文主要研究内容包括: 1.针对欠驱动无人艇在不同航速、不同路径组合及不同海况条件下常规视线法适用性问题，改进设计了直线动态积分视线法(DILOS)和圆S面弧度修正视线法(SALOS)，以提高制导律参数的自适应能力并同时消除干扰产生的漂角影响，从而提高无人艇路径切换时的跟踪精度、完成度和控制器的鲁棒性。 2.针对欠驱动无人艇高速航行时，PID控制器调参过程受通信影响、安全系数影响和海况影响等问题，结合模糊自适应控制，通过模糊规则在线调整PID控制参数，提高了无人艇路径跟踪过程的鲁棒性和自适应性，保障了航行安全。 3.针对欠驱动高速无人艇模型未知性和干扰未知性等问题，设计了基于最小学习参数法(Minimum-Learning-Parameter，MLP)的径向基函数神经网络(RadialBasisFunctionNetwork，RBF_NN)滑模自适应无模型控制机制。基于鲁棒性强的滑模变结构控制，通过RBF-NN在线逼近系统未知项，并采用了MLP降低了RBFNN在线估计量，降低了计算时间和复杂度，提高了高速无人艇计算单元效率，减少了大量计算资源，并通过引入双曲正切函数降低了滑模控制抖振问题，提高了系统稳定性。 4.针对欠驱动无人艇模型未知性、干扰未知性、通信带宽受限及航行安全性等问题设计了一种基于输入量化的性能预设控制机制。采用了MLP与RBF-NN相结合在线估计系统未知项;采用了HLP(HysteresisLogarithmicQuantizer)量化器将连续信号转化为离散信号，降低通信负载;采用正切转换函数对轨迹跟踪误差进行限制，保证了航行安全。 |
| 作者： | 郑宇鑫 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 苏玉民;任毅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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