在船舶行業(yè)的發(fā)展中,無人船憑借其全方位信息化、無人化、智能化等特點,成為未來船舶發(fā)展的必然趨勢。無人船技術最早興起于國外,首先運用在軍事領域,但近年隨著無人船技術的普及和發(fā)展,無人船技術在各領域的應用也變得廣泛起來,如水環(huán)境監(jiān)測、海上交通、應急救援、巡邏偵查等。水面無人船的核心部分是它的航行控制器,它的主要功能是控制和優(yōu)化無人船的運動姿態(tài)及狀態(tài),完成無人船在各種航海情況下的工作使命,按照系統規(guī)劃生成的目標航向、航跡等指令,通過系統中的控制算法計算和擬合,最終給出每一時刻無人船的舵角控制信號、航速控制信號。本論文在進行航行控制器的設計時,考慮到無人船在同一工況下的航速基本保持為恒定狀態(tài),因此只針對航向控制器進行研究和設計。在航向控制器設計之前,首先采用適當的方法對無人船建立運動數學模型,同時考慮到實際情況下無人船運動會受到風浪流的影響,從而對風浪流的干擾進行數學建模。針對傳統PID控制器在無人船航向控制系統中表現出抗干擾能力弱、控制精度低等問題,本論文航向控制器采用廣義預測控制算法進行設計,首先建立相應的狀態(tài)空間模型,然后建立基于Mamdani模糊推理的航向優(yōu)化控制器,我們根據內部模型結構,對系統未來航向的輸出狀態(tài)進行預測,對得到的輸出誤差加入反饋校正,將其與參考輸入值進行比較,應用Mamdani模糊算法進行滾動優(yōu)化,然后再計算當前時刻應加于系統的控制動作,完成整個控制循環(huán)。航向控制器的航向反饋值采用卡爾曼濾波器進行信號濾波后再輸入至狀態(tài)空間模型中,由此完成整個航向預測控制器的設計,即對給定的航向控制指令的輸出結果進行預測,然后根據比較結果對控制指令進行優(yōu)化,提高航向控制器的控制能力。本論文在考慮風浪流干擾的條件下對無人船的航向控制器進行設計,仿真結果表明,與傳統PID航向控制器相比,基于廣義預測控制算法的航向控制器具有控制精度高、穩(wěn)態(tài)誤差小、魯棒性好等特點。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TP273;U664.82
【部分圖文】：

美國“海狐”無人船圖

圖 1-2 美國“斯巴達偵察兵”無人船圖 1-3“斯巴達偵察兵” 無人船反水雷任務系統主要組成外，在 2010 年美國開啟了“反潛戰(zhàn)持續(xù)跟蹤無人船”（圖 1-4）研制 40m，排水量 157t，最高航速 27kn，采用三體船型設計。2016 年 4水海試，是目前排水量最大的軍用水面無人船。

3圖 1-3“斯巴達偵察兵” 無人船反水雷任務系統主要組成在 2010 年美國開啟了“反潛戰(zhàn)持續(xù)跟蹤無人船”（圖 1-4）m，排水量 157t，最高航速 27kn，采用三體船型設計。2016 年試，是目前排水量最大的軍用水面無人船。
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本文編號：2835885