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大尺度水下无人航行器路径规划及监控系统研制
| 论文题名： | 大尺度水下无人航行器路径规划及监控系统研制 |
| 关键词： | 无人水下航行器;路径规划;监控系统;自主能力 |
| 摘要： | 大尺度无人水下航行器（LSUUV）是一种搭载多种传感器和任务执行模块的新型水下自主航行设备，是一种测试水下潜器的控制性能以及潜器内部设备的新型试验平台。本文研究的目标是研制一套大尺度无人水下航行器的路径规划及监控系统，使得航行器具备自主和遥控航行试验的能力。 为了满足航行器的自主试验需求，航行器需要在实际试验场地完成遥控航行、路径规划、任务下载和自主航行等多个航行试验流程。要求航行器的控制系统能够在已知试验场地环境的情况下规划出一条航行试验路径。此外航行器采用欠驱动的配置方式，不具备侧向和垂向的推进器，无法跟踪折线路径。为解决上述实际工程项目问题，本文设计了一套实用的路径规划方法，其中包括航行环境建模、路径规划和路径优化三部分。航行器试验需要经常更换场地且大多环境恶劣。因此本文研制了一套具备便携性、防护性的多功能集成系统并在此基础上完成了多个设备的软件设计及开发。 本文首先介绍了大尺度无人水下航行器的结构与组成以及航行器路径跟踪控制方法，并根据航行试验需求论证了系统的设计的设计方案。接着，本文建立了航行器的数学模型，分析了航行器的运动特性，并且使用电子海图和实际试验场地的卫星地图作为信息源建立航行环境模型。在上述模型的基础上提出了一种基于进化算法的路径规划方法，并且该方法针对航行器的欠驱动特性及高航速试验要求进行了优化。然后，本文完成了路径规划及监控系统的工程实现。主要内容包括控制方案制定、硬件选型设计、设备集成、软件系统设计、软件开发与调试。在软件开发过程中采用了一种通用软件框架来提高效率。 由于在实际航行器建造完成前需要对控制系统进行全面测试，本文搭建了半实物仿真试验平台，分析了半实物仿真试验需求，介绍了试验平台的结构和组成。随后设计了遥控航行和自主航行试验，并验证了路径规划及监控系统的功能有效性。此外，在航行器建造完毕后进行了现场实际试验，验证了系统在野外试验条件下的便携性、防护性和可靠性。本文工作解决了实际工程中的关键问题，丰富了大尺度水下无人航行器路径规划问题的研究工作，实现了理论研究向工程实践上的转化。 |
| 作者： | 苏震 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 徐国华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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