針對多無人船編隊協(xié)同水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)中,存在的編隊系統(tǒng)研究少、編隊控制實現(xiàn)困難、以及由于無人船的GPS定位精度低導(dǎo)致的編隊隊形不穩(wěn)定等問題,本文采用領(lǐng)航跟隨法,結(jié)合嵌入式技術(shù)實現(xiàn)多無人船編隊控制。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合基于擴(kuò)展卡爾曼濾波技術(shù)（EKF）的位置估計算法,提高無人船定位精度,保證編隊隊形的穩(wěn)定性。為國內(nèi)多無人船編隊協(xié)同水質(zhì)監(jiān)測提供了一定的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。本文主要內(nèi)容包括:首先,多無人船編隊控制算法設(shè)計。針對多無人船的編隊控制問題,先分析無人船數(shù)學(xué)模型,并建立領(lǐng)航跟隨的多無人船編隊控制模型。之后,利用反步法設(shè)計編隊控制器,使每艘無人船達(dá)到既定的航速和航向。同時,針對實際應(yīng)用中,定位精度低引起的編隊隊形不穩(wěn)定的問題,提出了同一模型下,基于EKF技術(shù)的位置估計算法。最后,仿真驗證所提出方法的有效性和穩(wěn)定性。其次,多無人船編隊系統(tǒng)設(shè)計。使用Solid Works軟件設(shè)計了船體結(jié)構(gòu),構(gòu)建了多無人船編隊載體。通過WIFI組建協(xié)同網(wǎng)絡(luò),采用Altium Designer電路設(shè)計軟件和Keil編程軟件,并結(jié)合UC/OS-II操作系統(tǒng),設(shè)計了多無人船編隊的軟硬件系統(tǒng)。最后,在Linux環(huán)境下,采用Q... 

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 編隊控制研究現(xiàn)狀
        1.2.2 無人船及其編隊研究現(xiàn)狀
    1.3 主要特色與創(chuàng)新
    1.4 本文的主要內(nèi)容
第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計
    2.1 系統(tǒng)功能需求
    2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
    2.3 關(guān)鍵技術(shù)選擇
        2.3.1 編隊體系結(jié)構(gòu)選擇
        2.3.2 組網(wǎng)方式選擇
        2.3.3 嵌入式實時操作系統(tǒng)選擇
    2.4 整體技術(shù)路線
    2.5 本章小結(jié)
第三章 多無人船編隊控制算法設(shè)計
    3.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
    3.2 無人船數(shù)學(xué)建模
    3.3 領(lǐng)航跟隨法編隊控制算法
        3.3.1 領(lǐng)航跟隨控制算法
        3.3.2 編隊控制器設(shè)計
    3.4 無人船的位置估計設(shè)計
        3.4.1 卡爾曼濾波器
        3.4.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波器
    3.5 仿真實驗
    3.6 本章小結(jié)
第四章 多無人船編隊系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)
    4.1 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計
    4.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計
        4.2.1 主控模塊設(shè)計
        4.2.2 定位模塊設(shè)計
        4.2.3 姿態(tài)測量模塊設(shè)計
        4.2.4 動力模塊設(shè)計
        4.2.5 組網(wǎng)通信系統(tǒng)設(shè)計
        4.2.6 電源模塊設(shè)計
        4.2.7 控制系統(tǒng)電路板設(shè)計
    4.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計
        4.3.1 軟件設(shè)計方案
        4.3.2 UC/OS-II在 STM32F103 上的移植
        4.3.3 UC/OS-II下系統(tǒng)任務(wù)的劃分
        4.3.4 位置信息融合程序設(shè)計
        4.3.5 航行控制系統(tǒng)程序設(shè)計
        4.3.6 編隊控制系統(tǒng)程序設(shè)計
        4.3.7 通信程序設(shè)計
    4.4 地面站系統(tǒng)的軟件設(shè)計
        4.4.1 地面站功能設(shè)計
        4.4.2 地面站功能實現(xiàn)
    4.5 本章小結(jié)
第五章 系統(tǒng)搭建與實驗分析
    5.1 樣機(jī)搭建
    5.2 水面實驗
        5.2.1 單無人船航行實驗
        5.2.2 雙無人船協(xié)同實驗
        5.2.3 多無人船編隊實驗
    5.3 數(shù)據(jù)分析
        5.3.1 定位誤差分析
        5.3.2 編隊穩(wěn)定性分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
作者簡介


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于領(lǐng)航者的多機(jī)器人系統(tǒng)編隊控制研究[J]. 孫玉嬌,楊洪勇,于美妍.  魯東大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020(01)
[2]局部通信下的無人機(jī)編隊導(dǎo)航方法研究[J]. 馬梓元,龔華軍.  計算機(jī)測量與控制. 2020(01)
[3]基于5G無人駕駛船水域監(jiān)控的應(yīng)用[J]. 鄧萌,陳竹,宋瑩艷,劉袁伶,張倩.  數(shù)字通信世界. 2019(12)
[4]基于LoRa傳輸?shù)拇皞鞲衅鞴?jié)點溫度采集系統(tǒng)研究[J]. 游鑫.  科技風(fēng). 2019(33)
[5]擴(kuò)展卡爾曼濾波算法在導(dǎo)航中的應(yīng)用研究[J]. 朱樹云,姜靜.  自動化應(yīng)用. 2019(11)
[6]基于自適應(yīng)反步滑模的水面無人艇集群控制[J]. 胡建章,唐國元,王建軍,解德.  中國艦船研究. 2019(06)
[7]船舶自動氣象站真風(fēng)觀測試驗與數(shù)據(jù)可靠性分析[J]. 雷衛(wèi)延,黃海(王瑩),李源鴻,楊志健.  海洋預(yù)報. 2019(05)
[8]基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 呂焦盛.  赤峰學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019(09)
[9]協(xié)同導(dǎo)航技術(shù)研究綜述[J]. 謝啟龍,宋龍,魯浩,周本川.  航空兵器. 2019(04)
[10]基于領(lǐng)航跟隨法的多AUV編隊控制算法研究[J]. 李娟,袁銳錕,張宏瀚.  儀器儀表學(xué)報. 2019(06)

博士論文
[1]多AUV編隊控制與協(xié)同搜索技術(shù)研究[D]. 何斌.哈爾濱工程大學(xué) 2017

碩士論文
[1]水陸兩棲環(huán)境下多機(jī)器人協(xié)同編隊控制[D]. 曾亮.中北大學(xué) 2019
[2]水面無人艇集群及其控制方法研究[D]. 胡建章.華中科技大學(xué) 2019
[3]基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的多機(jī)器人協(xié)同導(dǎo)航[D]. 周世正.浙江大學(xué) 2019
[4]基于虛擬領(lǐng)航者的多AUV編隊魯棒一致性研究[D]. 杜小舟.哈爾濱工程大學(xué) 2019
[5]基于無人船的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計及路徑規(guī)劃方法研究[D]. 呂揚(yáng)民.浙江農(nóng)林大學(xué) 2019
[6]淺水區(qū)域無人探測艇編隊巡航路徑規(guī)劃研究[D]. 包昕幼.華南理工大學(xué) 2018
[7]無人艇主從協(xié)同編隊定位技術(shù)研究[D]. 劉超.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[8]無人機(jī)編隊導(dǎo)航與控制系統(tǒng)研究[D]. 夏路.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[9]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊PID自動舵設(shè)計[D]. 霍星星.大連海事大學(xué) 2014



本文編號：3703360