無人水面艇航行控制器的研究與實現.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，同無人機、無人車一樣，是國家未來構建海陸空三位一體綜合信息系統的重要組成部分。無人水面艇在環(huán)境探測、水文監(jiān)測、海洋測繪、海洋維權、敵情偵測等領域將發(fā)揮重要作用。面對復雜未知的海洋環(huán)境，設計一種穩(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容之一。本文以大連海事大學“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、介紹了本論文應用到的基礎知識，包括Lyapunov穩(wěn)定性理論、Backstepping理論、動態(tài)面控制(DSC)技術。依據船舶數學模型的知識建立了“藍信”號無人水面艇操縱運動數學模型，包括三自由度運動模型、響應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。
　　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)面技術解決“計算膨脹”的問題，設計了一種基于非線性干擾觀測器的航向跟蹤控制器。仿真結果表明了所設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)制導算法與基于非線性干擾觀測器的航向跟蹤控制算法相結合，設計了一種基于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。仿真結果表明了所設計控制器對航跡跟蹤控制的有效性。
　　4、為了驗證上述所設計控制器在實船應用中的正確性，搭建了“藍信”號無人水面艇自主航行控制平臺，設計并實現了無人水面艇航向和航跡跟蹤控制的軟硬件系統。海上實船實驗的結果表明，所設計的航行控制器可以在復雜海洋環(huán)境下實現對航向和航跡的精確跟蹤，并具有較好的魯