自動投餌機器船的軌跡優(yōu)化方法研究.pdf

1、隨著人們生活水平的不斷提高，水產品的需求也越來越大，我國早已成為水產品養(yǎng)殖、生產和消費大國，2014年全國水產品消費量大幅上升，取得了前所未有的經濟效益。池塘養(yǎng)殖是河蟹養(yǎng)殖的主要的養(yǎng)殖方式之一。池塘養(yǎng)殖雖然較為便利，養(yǎng)殖成本也較少，但是存在著養(yǎng)殖分散、多數養(yǎng)殖戶不具備水產養(yǎng)殖的相關專業(yè)知識，缺乏規(guī)范化、標準化的指導，從而導致養(yǎng)殖過程機械化程度較低、產品規(guī)格差異比較大、水質污染嚴重、產品安全沒有保障等諸多問題。
　　本文主要介紹一種

2、應用于河蟹養(yǎng)殖的自動投餌機器船，在成熟理論的指導下，通過實驗數據的擬合及仿真，選擇合適的算法對機器船的運動路徑進行研究和優(yōu)化，并通過GPS實現自主導航。目的是提高機器船投餌的均勻性和實際的工作效率。全文結構如下:
　　第一部分，主要介紹了自動投餌機器船軌跡優(yōu)化研究的現實意義，對自動導航船路徑優(yōu)化的發(fā)展現狀進行了分析，并簡單介紹了本文主要的研究內容及工作安排。
　　第二部分，先從自動投餌機的投餌原理和主要技術參數出發(fā)，運用幾何

3、學和物理學的方法，建立導航船軌跡數學模型，然后對機器船運動方程、拋料盤的運動特點、餌料顆粒的運動軌跡以及餌料區(qū)域分布的特點進行分析，為后文的自動投餌機器船路徑優(yōu)化計算打好了基礎。
　　第三部分，從理論的角度詳細分析了幾種比較成熟的累積速率數學模型，其次介紹了餌料分布模型的兩種影響因子，并提出了射流的連續(xù)性假設和影響因素不變假設。然后通過實驗模擬投餌環(huán)境，并使用MATLAB對不同斷面的曲線進行最小二乘法擬合及可視化顯示，最后建立實際

4、的餌料累積速率數學模型。
　　第四部分，首先詳細介紹了多目標優(yōu)化問題的原理與算法，簡單敘述了帶約束問題的優(yōu)化求解方法。然后通過線性加權法將多目標優(yōu)化問題變?yōu)閱文繕藘?yōu)化的函數，最后使用乘子罰函數算法將帶約束條件的問題轉化為無約束條件的問題進行求解。
　　第五部分，首先提出了機器船軌跡優(yōu)化問題中的約束條件以及沿指定空間路徑優(yōu)化設計中的一些問題，然后分析了投餌均勻性的一些影響因素和機器船軌跡優(yōu)化的方法，并通過上一章介紹的算法對目標