无人艇运动模糊控制技术研究

发布时间：2017-03-26 18:02

  本文关键词：无人艇运动模糊控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高速水面无人艇，是一种能够自主航行与自主完成任务的高速水面舰船，简称无人艇。与常规舰船相比，无人艇具有吨位小、速度快、机动灵活、造价低、环境适应能力强等优点，此外它在情报搜集、侦查、探测、打击海盗、防恐攻击等方面具有突出的优越性，因而受到世界各国海军的重点关注。在未来的非对称空间作战当中，无人艇在电子战、海上拦截、反水雷战、反潜作战等方面的应用将越来越广泛，同时对无人艇的运动控制性能要求也将越来越高。 无人艇的运动控制技术，，是无人艇实现自主航行、完成各项重要任务的先决条件，是整个无人艇研究系统中的关键技术之一。本文以XL号无人艇为研究对象，首先通过简化处理得到了该艇的三自由度水平面运动学和动力学方程，然后设计了基于Mamdani模糊推理的无人艇航速模糊控制器并进行了相应的仿真实验，且与PID控制效果进行了对比分析。对于无人艇的航向控制技术的研究是本文的另一个重点，主要研究了基于模糊理论改进的PID控制技术、Mamdani模糊控制技术和Takagi-Sugeno模糊控制技术并设计了相应的航向控制器，将各控制技术分别应用到无人艇的航向控制系统中进行仿真实验，将所得结果进行了对比分析。关于无人艇的直线航迹跟踪控制问题是本文的最后一个重点研究内容，文中设计了两种控制器：第一种是基于Mamdani控制模型由无人艇的艏向角偏差值和航迹偏差值分别得到操纵舵角再相加作为实际舵角输出，属于间接法控制；第二种是基于Takagi-Sugeno控制模型由无人艇的艏向角偏差值和航迹偏差值直接作用得到控制器输出舵角的精确值，属于直接法控制。在直接法控制器的设计过程中，结合神经网络技术与模糊技术，设计了一种模糊神经网络混合体系结构用于学习、调整和优化Takagi-Sugeno模型中的规则参数。直接法控制由于考虑了艏向角偏差和航迹偏差等的耦合关系，相比间接法控制有更高的控制精度，通过仿真实验验证了间接法和直接法的控制效果。
【关键词】：无人艇 模糊控制技术 航速控制 航向控制 直线航迹跟踪
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U674.77
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 概论10
• 1.2 无人艇的国内外研究现状10-15
• 1.2.1 美国10-11
• 1.2.2 以色列11-12
• 1.2.3 世界其他国家12-14
• 1.2.4 国内14-15
• 1.3 无人艇运动控制技术研究现状15-18
• 1.3.1 无人艇航速控制技术15-16
• 1.3.2 无人艇航向控制技术16-17
• 1.3.3 无人艇直线航迹跟踪控制技术17-18
• 1.4 课题研究的背景和意义18-21
• 1.4.1 水面无人艇简介18-20
• 1.4.2 课题研究的目的和意义20-21
• 1.5 论文研究的主要内容21-22
• 第2章 无人艇运动建模22-34
• 2.1 无人艇操纵数学模型的一般表达式22-27
• 2.1.1 基本假设、空间坐标系以及运动主要参数22-25
• 2.1.2 无人艇六自由度的运动模型25-27
• 2.2 无人艇运动受力分析27-30
• 2.2.1 重力27-28
• 2.2.2 浮力28
• 2.2.3 惯性类水动力28-29
• 2.2.4 粘性类水动力29
• 2.2.5 动升力29-30
• 2.2.6 喷水推进力30
• 2.2.7 无人艇六自由度操纵模型30
• 2.3 无人艇水平面的三自由度模型简化30-32
• 2.3.1 惯性类水动力的简化31
• 2.3.2 粘性类水动力的简化31
• 2.3.3 喷水推进力的近似计算31-32
• 2.3.4 无人艇三自由度操纵性简化模型32
• 2.4 无人艇水平面的运动学和动力学模型32
• 2.5 本章小结32-34
• 第3章 基于 Mamdani 模糊推理的无人艇航速控制34-48
• 3.1 传统的 PID 控制技术34
• 3.2 模糊控制技术34-39
• 3.2.1 模糊语言变量的选择35
• 3.2.2 隶属度函数的确定35-37
• 3.2.3 模糊控制规则37-38
• 3.2.4 解模糊化38-39
• 3.3 Mamdani 模糊推理法39-43
• 3.3.1 模糊推理39
• 3.3.2 多前提单规则的 Mamdani 法39-40
• 3.3.3 多前件多规则的 Mamdani 模糊推理法40-42
• 3.3.4 无人艇航速控制系统的 Mamdani 法推理过程42-43
• 3.4 仿真实验及结果分析43-47
• 3.4.1 不考虑建模误差的仿真实验43-45
• 3.4.2 考虑建模误差的仿真实验45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 无人艇航向模糊控制48-66
• 4.1 基于模糊自适应 PID 的航向控制技术48-55
• 4.1.1 无人艇航向控制模型48-49
• 4.1.2 模糊自适应 PID 控制器设计49-51
• 4.1.3 仿真实验及结果分析51-55
• 4.2 基于 Mamdani 模糊推理法的航向模糊控制技术55-60
• 4.2.1 基于 Mamdani 模糊推理法的控制器设计56-59
• 4.2.2 仿真实验及结果分析59-60
• 4.3 基于 T-S 模型的航向模糊控制技术60-65
• 4.3.1 T-S 模型介绍60-62
• 4.3.2 基于 T-S 模型的模糊控制器设计62-64
• 4.3.3 仿真实验及结果分析64-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 无人艇直线航迹跟踪模糊控制66-90
• 5.1 无人艇直线航迹控制介绍66-68
• 5.1.1 航迹控制方法66-67
• 5.1.2 无人艇直线航迹控制模型67-68
• 5.2 直线航迹跟踪模糊控制技术68-74
• 5.2.1 直线航迹控制的直接法和间接法68-69
• 5.2.2 模糊控制器设计69-71
• 5.2.3 仿真实验及结果分析71-74
• 5.3 直线航迹跟踪的基于 T-S 模型的自适应神经模糊控制技术74-85
• 5.3.1 自适应模糊-神经网络体系结构74-77
• 5.3.2 自适应模糊神经网络的学习优化算法77-81
• 5.3.3 基于 T-S 模型的模糊神经网络控制器设计81-83
• 5.3.4 仿真实验及结果分析83-85
• 5.4 直接法与间接法仿真实验对比分析85-88
• 5.4.1 直线航迹跟踪对比85-87
• 5.4.2 折线航迹跟踪对比87-88
• 5.5 本章小结88-90
• 结论90-92
• 参考文献92-98
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果98-100
• 致谢100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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4 李秋生;袁新娣;;基于ANFIS的自适应噪声抵消技术研究[J];赣南师范学院学报;2011年03期

5 王广瑞;张荷芳;;二级倒立摆的自适应神经网络控制[J];电子设计工程;2011年01期

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7 杨智,朱海锋,黄以华;PID控制器设计与参数整定方法综述[J];化工自动化及仪表;2005年05期

8 李家良;;水面无人艇发展与应用[J];火力与指挥控制;2012年06期

9 胡坤,徐亦凡;X舵潜艇空间运动仿真数学模型[J];计算机仿真;2005年04期

10 王文凯;彭换新;;焊缝跟踪的模糊控制器设计[J];南京工业职业技术学院学报;2006年02期

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1 廖煜雷;无人艇的非线性运动控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

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本文编号：269139