基于生物啟發(fā)的無人艇軌跡跟蹤控制
發(fā)布時間：2021-03-22 08:14
無人水面艇（Unmanned Surface Vessel,USV）的軌跡跟蹤是完成海洋勘探,編隊航行,軍事偵察等任務的不可或缺的重要手段。但由于USV所具有的欠驅動,非線性,高耦合等特性,再加上環(huán)境干擾等因素的影響,USV的軌跡跟蹤控制就更加困難�；谏鲜鲈�,本文采用基于生物啟發(fā)的反步法與反步滑�？刂品椒▽刂破鬟M行設計。對于USV軌跡跟蹤控制器設計中存在的微分膨脹,輸入飽和,環(huán)境干擾等問題進行了處理,并進行了仿真驗證。本文具體的研究工作如下述所示:1.建立了欠驅動無人艇的數學模型�；诜蛛x模型建模的思想,建立了北東坐標系和船體坐標系,并用其描述了USV的六自由度數學模型。為方便設計控制器,基于一系列假設條件,建立三自由度的USV數學模型。并對所建立的USV模型進行定常直航及定�；剞D仿真驗證,進而證明了所建的USV數學模型的動力性能與操縱性能均能夠滿足要求,為下文的軌跡跟蹤控制器設計的驗證,打下了基礎。2.完成生物啟發(fā)模型的建立,并使用反步法設計了軌跡跟蹤控制器。介紹了生物啟發(fā)模型的基本原理及特性,并建立了相應的模型,通過仿真驗證,驗證了模型在微分替代特性和平滑輸出信號的作用。而在...
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數】：81 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
海上貓頭鷹（左）幽靈衛(wèi)士（右）
并研制了相關類型的產品，具體包括：1. X 級無人水面艦艇，非標準級 USV，體積略小，長度只有 3 米。它可搭載在中型艦船上進行部署和接收，多用于軍事上支持特種部隊作戰(zhàn)和海上封鎖�！昂Ｉ县堫^鷹”即為美軍研制的此類型產品，其船長為 3 米，最快行駛速度 45 節(jié)，可以在淺海岸水域實施情報/看守/伺探、反水雷和海上攔截等任務，如圖 1.1（左）所示。美國海軍將“海上貓頭鷹”放置到波斯灣，在海上進行了一連串試航，并參與很多次反水雷作戰(zhàn)，呈現了“海上貓頭鷹”卓越的性能。另外，“幽靈衛(wèi)士”和“�；Ⅳ~”無人摩托艇也屬于美國海軍 X 級無人水面艦艇，如圖 1.1（右）與圖 1.2（左）所示。圖 1.1 海上貓頭鷹（左）幽靈衛(wèi)士（右）
無人駕駛遠程捕獵船（AN/WLD-1）是美國海軍在 20 世紀 90 年代末期開發(fā)的一種浮潛級無人水面艦艇。其長度為 7 米，行駛速度為 10 節(jié)， 20~40 小時的電池壽命和 30 英尺的工作深度。AN/WLD-1 驅動由柴油發(fā)動機提供，推進功率最高可達 370 馬力，其使用成本也很低，因為柴油機的通氣管露在水面，無需復雜昂貴的電池組。導航雷達、一次性滅雷具、變深聲吶、光電傳感器還有信號偵察裝置該艇均可負載。美國海軍還在此基礎上不斷進行改進，希望 AN/WLD-1 還能夠負載魚雷與導彈從而執(zhí)行更難的任務。4. “艦隊”級（Fleet）USV 是一艘大型無人水面艇。它具有較長的電池壽命，良好的耐波性，能夠承載各種設備工具并執(zhí)行各種任務。行駛速度為 32~35 節(jié)，電池使用壽命超過 48 小時。美國海軍設想開發(fā)一種艦隊級 USV 叫做“藍色騎士”，作為無人駕駛的高機動性火力部隊。根據計劃，“藍色騎士”的長度為 40.4 米，最高行駛速度達 50 節(jié)，可以在復雜海況下工作。而且工作模塊化，能夠依據執(zhí)行任務的不同，而更換相應的模塊與此同時，2010 年美國軍方提出的反潛連續(xù)跟蹤無人艇（ACTUV）也是一種艦隊級別的。根據設計標準，反潛連續(xù)跟蹤無人艇的艇長為 19.1 米、寬 5.8 米、最大航速為 27節(jié)，電池可使用 30 天。反潛連續(xù)跟蹤無人艇能夠承載聲吶傳感器以及其它傳感器，不久的將來會成為潛艇的天敵[2]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]國內外無人船發(fā)展現狀及未來前景[J]. 曹娟,王雪松. 中國船檢. 2018(05)
[2]民用無人艇的發(fā)展與應用[J]. 郎舒妍. 船舶物資與市場. 2018(02)
[3]美海軍無人水面艇發(fā)展現狀與趨勢[J]. 許彪,張宇,范鵬程. 飛航導彈. 2018(01)
[4]未來船舶從有人到無人[J]. 郎舒妍,曾曉光,趙羿羽. 中國船檢. 2016(12)
[5]USV發(fā)展現狀及展望[J]. 柳晨光,初秀民,吳青,王桂沖. 中國造船. 2014(04)
[6]非完全對稱欠驅動高速無人艇軌跡跟蹤控制[J]. 萬磊,董早鵬,李岳明,何斌. 電機與控制學報. 2014(10)
[7]多USV協同系統(tǒng)研究現狀與發(fā)展概述[J]. 馬天宇,楊松林,王濤濤,辛磊,陳燚. 艦船科學技術. 2014(06)
[8]生物啟發(fā)AUV三維軌跡跟蹤控制算法[J]. 朱大奇,張光磊,李蓉. 智能系統(tǒng)學報. 2014(02)
[9]開架水下機器人生物啟發(fā)離散軌跡跟蹤控制[J]. 孫兵,朱大奇,鄧志剛. 控制理論與應用. 2013(04)
[10]欠驅動船舶全局K指數航跡跟蹤的級聯反步法[J]. 朱齊丹,于瑞亭,劉志林. 船舶工程. 2012(01)
博士論文
[1]基于神經動態(tài)模型的自治水面艇智能跟蹤控制[D]. 潘昌忠.中南大學 2013
[2]欠驅動水面船舶航跡自抗擾控制研究[D]. 李榮輝.大連海事大學 2013
[3]欠驅動水面船舶的全局鎮(zhèn)定控制方法研究[D]. 于瑞亭.哈爾濱工程大學 2012
[4]噴水推進水面無人艇的非線性控制方法研究[D]. 曾薄文.哈爾濱工程大學 2012
[5]欠驅動水面船舶非線性反饋控制研究[D]. 卜仁祥.大連海事大學 2008
[6]水面船舶的非線性控制研究[D]. 程金.中國科學院研究生院（自動化研究所） 2007
碩士論文
[1]欠驅動水面航行器高精度航跡跟蹤控制研究[D]. 劉忠忠.大連海事大學 2018
[2]受生物啟發(fā)的欠驅動UUV三維軌跡跟蹤反步控制研究[D]. 趙俊鵬.哈爾濱工程大學 2017
本文編號：3093925
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數】：81 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
海上貓頭鷹（左）幽靈衛(wèi)士（右）
并研制了相關類型的產品，具體包括：1. X 級無人水面艦艇，非標準級 USV，體積略小，長度只有 3 米。它可搭載在中型艦船上進行部署和接收，多用于軍事上支持特種部隊作戰(zhàn)和海上封鎖�！昂Ｉ县堫^鷹”即為美軍研制的此類型產品，其船長為 3 米，最快行駛速度 45 節(jié)，可以在淺海岸水域實施情報/看守/伺探、反水雷和海上攔截等任務，如圖 1.1（左）所示。美國海軍將“海上貓頭鷹”放置到波斯灣，在海上進行了一連串試航，并參與很多次反水雷作戰(zhàn)，呈現了“海上貓頭鷹”卓越的性能。另外，“幽靈衛(wèi)士”和“�；Ⅳ~”無人摩托艇也屬于美國海軍 X 級無人水面艦艇，如圖 1.1（右）與圖 1.2（左）所示。圖 1.1 海上貓頭鷹（左）幽靈衛(wèi)士（右）
無人駕駛遠程捕獵船（AN/WLD-1）是美國海軍在 20 世紀 90 年代末期開發(fā)的一種浮潛級無人水面艦艇。其長度為 7 米，行駛速度為 10 節(jié)， 20~40 小時的電池壽命和 30 英尺的工作深度。AN/WLD-1 驅動由柴油發(fā)動機提供，推進功率最高可達 370 馬力，其使用成本也很低，因為柴油機的通氣管露在水面，無需復雜昂貴的電池組。導航雷達、一次性滅雷具、變深聲吶、光電傳感器還有信號偵察裝置該艇均可負載。美國海軍還在此基礎上不斷進行改進，希望 AN/WLD-1 還能夠負載魚雷與導彈從而執(zhí)行更難的任務。4. “艦隊”級（Fleet）USV 是一艘大型無人水面艇。它具有較長的電池壽命，良好的耐波性，能夠承載各種設備工具并執(zhí)行各種任務。行駛速度為 32~35 節(jié)，電池使用壽命超過 48 小時。美國海軍設想開發(fā)一種艦隊級 USV 叫做“藍色騎士”，作為無人駕駛的高機動性火力部隊。根據計劃，“藍色騎士”的長度為 40.4 米，最高行駛速度達 50 節(jié)，可以在復雜海況下工作。而且工作模塊化，能夠依據執(zhí)行任務的不同，而更換相應的模塊與此同時，2010 年美國軍方提出的反潛連續(xù)跟蹤無人艇（ACTUV）也是一種艦隊級別的。根據設計標準，反潛連續(xù)跟蹤無人艇的艇長為 19.1 米、寬 5.8 米、最大航速為 27節(jié)，電池可使用 30 天。反潛連續(xù)跟蹤無人艇能夠承載聲吶傳感器以及其它傳感器，不久的將來會成為潛艇的天敵[2]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]國內外無人船發(fā)展現狀及未來前景[J]. 曹娟,王雪松. 中國船檢. 2018(05)
[2]民用無人艇的發(fā)展與應用[J]. 郎舒妍. 船舶物資與市場. 2018(02)
[3]美海軍無人水面艇發(fā)展現狀與趨勢[J]. 許彪,張宇,范鵬程. 飛航導彈. 2018(01)
[4]未來船舶從有人到無人[J]. 郎舒妍,曾曉光,趙羿羽. 中國船檢. 2016(12)
[5]USV發(fā)展現狀及展望[J]. 柳晨光,初秀民,吳青,王桂沖. 中國造船. 2014(04)
[6]非完全對稱欠驅動高速無人艇軌跡跟蹤控制[J]. 萬磊,董早鵬,李岳明,何斌. 電機與控制學報. 2014(10)
[7]多USV協同系統(tǒng)研究現狀與發(fā)展概述[J]. 馬天宇,楊松林,王濤濤,辛磊,陳燚. 艦船科學技術. 2014(06)
[8]生物啟發(fā)AUV三維軌跡跟蹤控制算法[J]. 朱大奇,張光磊,李蓉. 智能系統(tǒng)學報. 2014(02)
[9]開架水下機器人生物啟發(fā)離散軌跡跟蹤控制[J]. 孫兵,朱大奇,鄧志剛. 控制理論與應用. 2013(04)
[10]欠驅動船舶全局K指數航跡跟蹤的級聯反步法[J]. 朱齊丹,于瑞亭,劉志林. 船舶工程. 2012(01)
博士論文
[1]基于神經動態(tài)模型的自治水面艇智能跟蹤控制[D]. 潘昌忠.中南大學 2013
[2]欠驅動水面船舶航跡自抗擾控制研究[D]. 李榮輝.大連海事大學 2013
[3]欠驅動水面船舶的全局鎮(zhèn)定控制方法研究[D]. 于瑞亭.哈爾濱工程大學 2012
[4]噴水推進水面無人艇的非線性控制方法研究[D]. 曾薄文.哈爾濱工程大學 2012
[5]欠驅動水面船舶非線性反饋控制研究[D]. 卜仁祥.大連海事大學 2008
[6]水面船舶的非線性控制研究[D]. 程金.中國科學院研究生院（自動化研究所） 2007
碩士論文
[1]欠驅動水面航行器高精度航跡跟蹤控制研究[D]. 劉忠忠.大連海事大學 2018
[2]受生物啟發(fā)的欠驅動UUV三維軌跡跟蹤反步控制研究[D]. 趙俊鵬.哈爾濱工程大學 2017
本文編號：3093925
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