无人艇航向控制算法研究及应用
发布时间：2021-09-29 23:52
无人艇与常规的船舶相比,具有航行速度快、体积小、智能化程度高、活动范围广等优点,可搭载设备执行多种任务,要求其具有高性能的航向控制算法。本文依托导师承接的无人艇自动避碰模块开发项目,针对现有船舶智能操控（SIHC）仿真测试平台未能对无人艇自主避碰算法进行有效的模拟验证等问题,开展无人艇航向控制算法研究,应用于无人艇自主航行避碰算法研究的模拟验证。主要完成以下研究工作:（1）研究实现了无人艇变论域模糊自整定PID航向控制算法。针对原有模糊自整定PID航向控制算法对无人艇控制效果不良,研究实现变论域模糊自整定PID航向控制算法;针对基于船舶K、T操纵性指数确定PID初始值的方法对小型无人艇不适宜,采用遗传算法确定了PID初始值。（2）航向跟踪性能评判算法的优化。针对无人艇惯性小,航向跟踪性能重点关注响应速度与精度,将原有加权综合评判法性能指标中的航向跟踪延迟时间修改为首次达到计划航向时间,并采用极值化方法进行无量纲化处理,提高评判结果的合理性。（3）无人艇航向控制算法的仿真及评价。基于项目组建立的无人艇的船舶运动数学模型,利用MATLAB软件对传统PID航向控制算法、模糊自整定PID航向控...
【文章来源】：集美大学福建省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
船舶惯性坐标系
图 2-2 船舶附体坐标系艇的运动状况是十分复杂的，包括纵荡（进退）、横荡（横移横倾）、纵摇（纵倾）以及首摇（回转），也就是无人艇的六标系统中分别表示为：沿ox轴方向移动的前进速度u ，沿oy 轴oz 轴方向移动的垂荡速度w以及绕ox轴方向转动的横摇角速度角速度 q，绕oz轴方向转动的首摇角速度 r 。在惯性坐标系统个空间坐标 X、Y、Z 以及三个姿态角—方位角 、横摇角 、坐标系之间的关系，可相互转换两种坐标系的变量，具体的转[ ] = ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě
由于上式是在线性的假设条件下获得的，只适用于线性或非线性程度低的船舶。对线性程度高的船舶，Leeuwen、野本等学者在式（2-11）的基础上，进一步提出了非线应方程，其一阶方程如下[30]：T = (2-式(2-16)中， 为模型非线性项系数。.3 无人艇运动数学模型的选择本章 2.1 节中所讲述的 MMG 模型，其主要的特点是充分考虑了船桨、船舵对船舶性的影响，明确了作用在船舶上的流体动力和力矩的物理意义，便于船舶局部的设计存在着需要考虑各项流体动力之间相互干扰的问题；而本章 2.2 节中所讲述的响应型，其具有结构简单、模型参数可直接从实船试验中获得、消除了尺度效应的特点，但着预报能力有限的缺陷。本文所研究的无人艇长度仅为 7.5m，最快速度可达 30kn，对实船进行旋回操作时速度变化如下图所示。
本文编号：3414698
【文章来源】：集美大学福建省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
船舶惯性坐标系
图 2-2 船舶附体坐标系艇的运动状况是十分复杂的，包括纵荡（进退）、横荡（横移横倾）、纵摇（纵倾）以及首摇（回转），也就是无人艇的六标系统中分别表示为：沿ox轴方向移动的前进速度u ，沿oy 轴oz 轴方向移动的垂荡速度w以及绕ox轴方向转动的横摇角速度角速度 q，绕oz轴方向转动的首摇角速度 r 。在惯性坐标系统个空间坐标 X、Y、Z 以及三个姿态角—方位角 、横摇角 、坐标系之间的关系，可相互转换两种坐标系的变量，具体的转[ ] = ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě ě
由于上式是在线性的假设条件下获得的，只适用于线性或非线性程度低的船舶。对线性程度高的船舶，Leeuwen、野本等学者在式（2-11）的基础上，进一步提出了非线应方程，其一阶方程如下[30]：T = (2-式(2-16)中， 为模型非线性项系数。.3 无人艇运动数学模型的选择本章 2.1 节中所讲述的 MMG 模型，其主要的特点是充分考虑了船桨、船舵对船舶性的影响，明确了作用在船舶上的流体动力和力矩的物理意义，便于船舶局部的设计存在着需要考虑各项流体动力之间相互干扰的问题；而本章 2.2 节中所讲述的响应型，其具有结构简单、模型参数可直接从实船试验中获得、消除了尺度效应的特点，但着预报能力有限的缺陷。本文所研究的无人艇长度仅为 7.5m，最快速度可达 30kn，对实船进行旋回操作时速度变化如下图所示。
本文编号：3414698
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