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溢油围捕双无人艇的编队控制方法研究
| 论文题名： | 溢油围捕双无人艇的编队控制方法研究 |
| 关键词： | 双无人艇;围油栏;编队控制;零空间行为融合;溢油围捕 |
| 摘要： | 海上石油开采和运输过程中，经常发生石油泄漏事故，从而造成严重的环境破坏和资源浪费。溢油事故发生后，需要尽快清理溢油以减少扩散和挥发，避免对环境造成灾难性影响。此外，在溢油清理过程中，溢油会对工作人员的身体健康造成危害。两艘船舶拖曳围油栏进行围捕溢油是一种处理溢油的有效手段，使用无人艇代替有人船舶进行溢油围捕，可以降低人力物力消耗和保护工作人员。本文以拖曳围油栏的两艘无人艇为研究对象，提出面向溢油围捕的双无人艇编队控制方法。 首先，建立无人艇的水平面运动数学模型;考虑围油栏对无人艇的动力学影响，并等效为无人艇所受拖曳力;结合无人艇水平面运动数学模型，建立考虑围油栏动力学影响的无人艇水平面运动数学模型。 其次，假设双无人艇的队形中心为虚拟领航者，考虑人工势场法的局部极小值问题、大拐点问题，优化虚拟领航者跟踪溢油的方向，结合双无人艇编队任务的需求，采用改进人工势场法，令虚拟领航者执行轨迹跟踪和避障任务，得到虚拟领航者的期望航向。开展仿真试验并进行结果分析，验证改进的轨迹跟踪避障方法的有效性。 然后，研究双无人艇编队控制方法。针对溢油围捕的任务需求，结合虚拟领航者轨迹跟踪和避障得到的期望航向，考虑无人艇运动控制的局限性，为双无人艇设计目标跟踪、协同编队、围捕溢油、距离保持四种编队行为;采用零空间行为融合方法，为行为设计优先级并开展行为融合，得到编队构成、围捕溢油、追击溢油三种溢油围捕子任务;按照设计的溢油围捕流程，依次执行设计的子任务，得到双无人艇的期望航向和期望航速;结合无人艇的运动控制，完成双无人艇溢油围捕。 最后，考虑围油栏对无人艇运动的影响，提出无人艇运动期望补偿方法，对通过编队方法得到的双无人艇期望航向和期望航速进行补偿，得到考虑围油栏影响的补偿期望航向和期望航速。使得无人艇的运动控制能够补偿围油栏的动力学影响，从而减小该影响对双无人艇编队任务的破坏作用。开展仿真试验并进行结果分析，验证面向溢油围捕的双无人艇编队控制方法的有效性。 |
| 作者： | 初昀 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 廖煜雷;李明波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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