無人水面艇航行控制器的研究與實現(xiàn).pdf

1、無人水面艇(Unmanned Surface Vessel，USV)是一種智能化、自主化的海洋裝備，綜合了多種高新技術(shù)，同無人機、無人車一樣，是國家未來構(gòu)建海陸空三位一體綜合信息系統(tǒng)的重要組成部分。無人水面艇在環(huán)境探測、水文監(jiān)測、海洋測繪、海洋維權(quán)、敵情偵測等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用。面對復(fù)雜未知的海洋環(huán)境，設(shè)計一種穩(wěn)定可靠的無人水面艇自主航行控制器，是無人水面艇自主控制研究的重要內(nèi)容之一。本文以大連海事大學(xué)“藍信”號無人水面艇為研究對象，為

2、了解決含有模型不確定性和外界干擾條件下的欠驅(qū)動無人水面艇自主航行控制問題，主要完成了以下研究工作:
　　1、介紹了本論文應(yīng)用到的基礎(chǔ)知識，包括Lyapunov穩(wěn)定性理論、Backstepping理論、動態(tài)面控制(DSC)技術(shù)。依據(jù)船舶數(shù)學(xué)模型的知識建立了“藍信”號無人水面艇操縱運動數(shù)學(xué)模型，包括三自由度運動模型、響應(yīng)型操縱模型和海況干擾模型，并搭建了無人水面艇操縱運動仿真系統(tǒng)。
　　2、針對無人水面艇的自主航向控制，利用非線

3、性干擾觀測器(NDOB)觀測系統(tǒng)不確定性和外界干擾，在控制中作等量補償，并通過引入動態(tài)面技術(shù)解決“計算膨脹”的問題，設(shè)計了一種基于非線性干擾觀測器的航向跟蹤控制器。仿真結(jié)果表明了所設(shè)計控制器對航向跟蹤和干擾抑制的有效性。
　　3、針對無人水面艇的自主航跡跟蹤控制，將Line-of-sight(LOS)制導(dǎo)算法與基于非線性干擾觀測器的航向跟蹤控制算法相結(jié)合，設(shè)計了一種基于LOS的間接航跡跟蹤控制器，并進行了直線和曲線航跡跟蹤的仿真驗

4、證;為了提高無人水面艇航跡跟蹤控制的精度，設(shè)計了一種基于非線性干擾觀測器的直接航跡跟蹤控制器，并進行了直線航跡跟蹤的仿真驗證。仿真結(jié)果表明了所設(shè)計控制器對航跡跟蹤控制的有效性。
　　4、為了驗證上述所設(shè)計控制器在實船應(yīng)用中的正確性，搭建了“藍信”號無人水面艇自主航行控制平臺，設(shè)計并實現(xiàn)了無人水面艇航向和航跡跟蹤控制的軟硬件系統(tǒng)。海上實船實驗的結(jié)果表明，所設(shè)計的航行控制器可以在復(fù)雜海洋環(huán)境下實現(xiàn)對航向和航跡的精確跟蹤，并具有較好的魯