海流作為水文要素中影響路徑規(guī)劃較大的因素,智能水下機(jī)器人在進(jìn)行遠(yuǎn)程自主作業(yè)時(shí),必須考慮其對(duì)路徑規(guī)劃的影響。若AUV未安裝多普勒流速剖面儀（ADCP）,則無(wú)法獲取實(shí)時(shí)的海流數(shù)據(jù),AUV易偏離航線(xiàn)甚至失控或丟失。本文針對(duì)實(shí)時(shí)海流流速缺失的情況,對(duì)遠(yuǎn)程自主路徑規(guī)劃作如下研究:首先,將遠(yuǎn)程自主規(guī)劃問(wèn)題分解為全局路徑規(guī)劃問(wèn)題和局部路徑規(guī)劃問(wèn)題�？紤]AUV攜帶能源有限及局部規(guī)劃時(shí)海流對(duì)控制的影響,設(shè)計(jì)了 AUV路徑規(guī)劃的框架。其次,針對(duì)AUV水下航行時(shí)海流流速未知的問(wèn)題,建立了海流預(yù)測(cè)模型。該模型通過(guò)對(duì)流體微團(tuán)進(jìn)行受力分析與尺度分析建立動(dòng)量方程、質(zhì)量守恒和密度守恒方程。先根據(jù)密度守恒方程預(yù)測(cè)密度變化,再通過(guò)局部旋轉(zhuǎn)法處理科氏力項(xiàng)、全變差遞減平流方案處理平流項(xiàng)、顯式差分處理擴(kuò)散項(xiàng)及時(shí)間分裂算法處理壓力梯度項(xiàng)來(lái)預(yù)測(cè)海流流速的變化。其中海水表面動(dòng)態(tài)水壓力通過(guò)質(zhì)量守恒方程求得,且風(fēng)應(yīng)力項(xiàng)和摩擦力項(xiàng)分別作為頂層和底層的邊界處理。再次,為使AU-V能在海洋環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)且考慮海流對(duì)路徑的影響,結(jié)合設(shè)計(jì)的AUV路徑規(guī)劃的框架,本文提出一種基于海流預(yù)測(cè)模型的路徑規(guī)劃方法。該方法利用海流預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)出不同高度層各... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：74 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．２?ＡＵＶ路徑規(guī)劃遠(yuǎn)程自主規(guī)劃框架圖??全局路徑規(guī)劃中的ＡＵＶ環(huán)境系統(tǒng)和局部路徑規(guī)劃的ＡＵＶ環(huán)境感知系統(tǒng)主要有三??

ＡＵＶ局部路徑規(guī)劃?Ｉ??圖２．２?ＡＵＶ路徑規(guī)劃遠(yuǎn)程自主規(guī)劃框架圖??全局路徑規(guī)劃中的ＡＵＶ環(huán)境系統(tǒng)和局部路徑規(guī)劃的ＡＵＶ環(huán)境感知系統(tǒng)主要有三??點(diǎn)區(qū)別：（１）獲取障礙物的方式不同。ＡＵＶ環(huán)境系統(tǒng)是利用電子海圖獲取海岸、島嶼??等地形信息，從而劃分出安全區(qū)與禁航區(qū)，障礙物信息已知；而ＡＵＶ環(huán)境感知系統(tǒng)是??通過(guò)建立前視聲吶模型感知到ＡＵＶ前方聲吶開(kāi)角范圍內(nèi)的障礙物。（２）預(yù)測(cè)的海流數(shù)??據(jù)用途不同。ＡＵＶ環(huán)境系統(tǒng)中海流預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)的海流流速用來(lái)確定ＡＵＶ的狀態(tài)Ｓ及??確定即時(shí)回報(bào)ｒ；而ＡＵＶ環(huán)境感知系統(tǒng)中海流數(shù)據(jù)被用來(lái)計(jì)算ＡＵＶ的實(shí)時(shí)位姿。（３）??輸出不同。ＡＵＶ環(huán)境系統(tǒng)輸出的環(huán)境信息包含障礙物信息、海流信息及ＡＵＶ當(dāng)前位姿；??而ＡＵＶ環(huán)境感知系統(tǒng)則不需要輸出海流信息。??路徑規(guī)劃可以看成一個(gè)馬爾科夫決策過(guò)程，可以由５元組冼Ｐ，足幻描述，其中：??Ｓ為狀態(tài)集，Ａ為動(dòng)作集，Ｐ為狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，Ｒ為回報(bào)函數(shù)，／為折扣因子ｆ５６Ｉ。強(qiáng)化??學(xué)習(xí)算法的精髓之一就是可以解決無(wú)模型的馬爾科夫決策問(wèn)題。全局路徑規(guī)劃和局部路??徑規(guī)劃均是通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法來(lái)求解，ＡＵＶ通過(guò)與環(huán)境不斷進(jìn)行交互來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)，在??當(dāng)前狀態(tài)下，通過(guò)執(zhí)行動(dòng)作Ａ，通過(guò)ＡＵＶ的環(huán)境感知系統(tǒng)可得知新的環(huán)境狀態(tài)，同時(shí)??環(huán)境會(huì)反饋給ＡＵＶ強(qiáng)化學(xué)習(xí)系統(tǒng)與動(dòng)作Ａ相對(duì)應(yīng)的即時(shí)回報(bào)，通過(guò)反饋的即時(shí)回報(bào)可??以計(jì)算得到各個(gè)狀態(tài)、各個(gè)動(dòng)作對(duì)應(yīng)的累積獎(jiǎng)賞，即得到狀態(tài)－動(dòng)作值對(duì)應(yīng)的二維表格，??通過(guò)ＡＵＶ不斷與外界海洋環(huán)境進(jìn)行交互

圖２．４?ＡＵＶ局部路徑規(guī)劃系統(tǒng)框架圖??局部路徑規(guī)劃的范圍大約為幾百米，而海流預(yù)測(cè)模型的網(wǎng)格距流預(yù)測(cè)模型的位置精度還未控制到幾十米以?xún)?nèi)，且假設(shè)幾分鐘化，所以在進(jìn)行局部路徑規(guī)劃時(shí)，使用的海流數(shù)據(jù)為定常流，己經(jīng)由全局路徑規(guī)劃中的節(jié)能轉(zhuǎn)化為利用規(guī)劃來(lái)輔助控制來(lái)鍵路徑點(diǎn)。??模型主要為局部路徑規(guī)劃提供障礙物上某點(diǎn)到ＡＵＶ當(dāng)前位置置和障礙物連線(xiàn)與艏向角的夾角，仿真中聲吶每掃描一次便將網(wǎng)絡(luò)傳輸給局部路徑規(guī)劃，從而獲知ＡＵＶ與障礙物的相對(duì)位模型主要用于計(jì)算ＡＵＶ的當(dāng)前位姿，在仿真中，需要建立舵通訊的方式獲取控制器輸出的控制量，并利用舵模型和槳模型到的舵力與螺旋槳的推力，首先進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，通過(guò)讀取水動(dòng)力收到的舵力與螺旋槳推力，由此可以建立六自由度運(yùn)動(dòng)方程，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]FVCOM與ROMS在美國(guó)東海岸洋流模擬的對(duì)比研究[J]. 劉曉建,鄒慧敏.  北京測(cè)繪. 2018(05)
[2]基于改進(jìn)型蟻群算法的AUV路徑規(guī)劃[J]. 董凌艷,徐紅麗.  自動(dòng)化與儀表. 2017(03)
[3]AUV歸航和坐落式對(duì)接的半物理仿真[J]. 李曄,何佳雨,姜言清,安力.  機(jī)器人. 2017(01)
[4]主要海洋環(huán)境因素對(duì)水下航行器航行影響分析[J]. 王奎民.  智能系統(tǒng)學(xué)報(bào). 2015(02)
[5]基于ARIMA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型海流流速預(yù)測(cè)研究[J]. 董世超.  中國(guó)科技信息. 2014(02)
[6]動(dòng)態(tài)不確定環(huán)境下水下機(jī)器人在線(xiàn)實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃[J]. 高云,殷波,魏志強(qiáng),宮飛翔,紀(jì)筱鵬.  中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2013(12)
[7]混合坐標(biāo)大洋環(huán)流模式HYCOM及其研究進(jìn)展[J]. 陳曉斌,劉志宏,林剛,李柄更.  科技資訊. 2013(34)
[8]基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的海流預(yù)測(cè)模型[J]. 劉軍亮.  武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版). 2013(04)
[9]采用量子粒子群算法的潛器路徑規(guī)劃[J]. 鄒梅魁,于飛,呂重陽(yáng),王興彬.  智能系統(tǒng)學(xué)報(bào). 2013(03)
[10]基于HTN的衛(wèi)星應(yīng)用任務(wù)分解方法[J]. 冉承新,熊綱要,王慧林,馬滿(mǎn)好.  中國(guó)空間科學(xué)技術(shù). 2010(03)

博士論文
[1]水下機(jī)器人路徑規(guī)劃問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 曹江麗.哈爾濱工程大學(xué) 2009
[2]智能優(yōu)化算法研究及其在移動(dòng)機(jī)器人相關(guān)技術(shù)中的應(yīng)用[D]. 王海英.哈爾濱理工大學(xué) 2007
[3]避障路徑規(guī)劃的算法研究[D]. 戴光明.華中科技大學(xué) 2004

碩士論文
[1]銀行智能機(jī)器人設(shè)計(jì)研究[D]. 張圓.齊魯工業(yè)大學(xué) 2017
[2]基于多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)的足球機(jī)器人決策策略研究[D]. 丁明剛.合肥工業(yè)大學(xué) 2017
[3]水下機(jī)器人AUV環(huán)境地圖構(gòu)建與定位技術(shù)研究[D]. 李飛飛.青島科技大學(xué) 2015
[4]強(qiáng)化學(xué)習(xí)中值函數(shù)逼近方法的研究[D]. 陳桂興.蘇州大學(xué) 2014
[5]AUV環(huán)境認(rèn)知不確定推理方法研究[D]. 譚竹青.哈爾濱工程大學(xué) 2014
[6]布谷鳥(niǎo)搜索算法研究及其在AUV路徑規(guī)劃中的應(yīng)用[D]. 郭兆新.哈爾濱工程大學(xué) 2014
[7]一類(lèi)多機(jī)器人路徑規(guī)劃的研究與仿真[D]. 周帆.南京理工大學(xué) 2013
[8]面向地形勘察使命的多AUV協(xié)同區(qū)域覆蓋控制方法研究[D]. 王雨.哈爾濱工程大學(xué) 2013
[9]AUV路徑規(guī)劃系統(tǒng)的環(huán)境建模方法研究[D]. 李雅斯.哈爾濱工程大學(xué) 2012
[10]水下潛器路徑規(guī)劃仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 姜輝.哈爾濱工程大學(xué) 2009



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