气垫船编队下的避碰关键技术研究
发布时间：2023-06-15 21:54
全垫升气垫船是一种船体靠气垫支撑,在航行过程中完全脱离水面(地面)的高性能船舶,具有高速性、两栖性等诸多优点,在军事和民用方面得到了广泛的应用。而气垫船通常需要执行一些危险的救援任务等,这使得气垫船会处于复杂的环境中,所以对气垫船采取避碰策略十分重要。同时,在救援等执行任务过程中通常需要多个气垫船协同完成,这就需要对气垫船进行编队航行来保证。目前,智能算法越来越多的应用到智能驾驶领域,基于人工智能算法的动态规划和避碰已经达到实际应用水平。本文提出气垫船在航行过程中尽可能通过改变航速来躲避障碍物的关键技术,采用循环神经网络(RNN)对气垫船动态避碰进行研究,并完成对气垫船在复杂环境中的避碰和编队。首先,对气垫船采用模块化建模思想,根据某型气垫船的水动力和空气动力等实验数据和其他模块所需参数,对气垫船空气动力、水动力和舵力等模块进行建模,然后将各模块同方向的力和力矩进行合成,最终建立气垫船四自由度运动数学模型,并对模型性能进行仿真验证。其次,构建障碍物的环境模型,计算障碍物可视点,并采用蚁群算法对气垫船全局避碰进行研究,并在蚁群算法的基础上进行改进,即基于信息素扩散的蚁群算法,保证达规划到...
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 选题的目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 气垫船发展现状
1.2.2 船舶避碰方法概述
1.2.3 编队方法研究现状
1.3 论文的主要内容和章节安排
第2章 全垫升气垫船运动数学模型
2.1 引言
2.2 气垫船空间运动坐标系
2.2.1 固定坐标系
2.2.2 运动坐标系
2.2.3 两种坐标系之间的变换
2.3 气垫船四自由度运动学模型
2.4 气垫船四自由度动力学模型
2.4.1 气垫船空气动力模型
2.4.2 气垫船空气动量力模型
2.4.3 气垫船水动力模型
2.4.4 气垫船空气导管螺旋桨模型
2.4.5 气垫船垂直空气舵模型
2.4.6 气垫船动力学模型
2.5 气垫船运动数学模型仿真与验证
2.5.1 仿真算法实现流程
2.5.2 气垫船直航操纵特性
2.5.3 螺距差回转操纵特性
2.5.4 操舵回转操纵特性
2.6 本章小节
第3章 基于蚁群算法的气垫船静态避碰方法研究
3.1 引言
3.2 蚁群算法
3.2.1 蚁群算法基本原理
3.2.2 基于信息素扩散的蚁群算法
3.3 避碰环境模型建立
3.3.1 环境地图的构建
3.3.2 障碍物模型构建
3.3.3 障碍物危险区域构建
3.3.4 障碍物可视图构建
3.4 基于信息素扩散蚁群算法气垫船避碰研究
3.4.1 算法流程及实现过程
3.4.2 仿真结果
3.5 本章小结
第4章 基于循环神经网络学习的气垫船动态避碰关键技术研究
4.1 引言
4.2 气垫船静态障碍物避碰过程描述
4.3 气垫船动态障碍物避碰过程描述
4.3.1 避碰策略术语
4.3.2 气垫船与障碍物在同一直线避碰过程描述
4.3.3 气垫船与障碍物交叉避碰过程描述
4.3.4 气垫船动态避碰过程结果仿真
4.4 循环神经网络基本原理
4.4.1 循环神经网络网络模型结构
4.4.2 循环神经网络前向传播过程
4.4.3 循环神经网络反向传播过程
4.5 基于循环神经网络的气垫船局部避碰策略研究
4.5.1 气垫船的障碍物数据采集和处理
4.5.2 基于循环神经网络的气垫船局部避碰策略研究
4.5.3 基于循环神经网络的气垫船局部避碰仿真结果
4.6 本章小结
第5章 基于领航者的气垫船编队下的避碰控制关键技术研究
5.1 引言
5.2 基于领航者的气垫船编队控制
5.2.1 领导者运动学模型
5.2.2 跟随者运动模型
5.2.3 跟随者编队保持
5.2.4 稳定性证明
5.3 气垫船航速航向控制方法
5.4 基于领航者的气垫船编队下的避碰控制仿真结果
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
本文编号：3833743
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 选题的目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 气垫船发展现状
1.2.2 船舶避碰方法概述
1.2.3 编队方法研究现状
1.3 论文的主要内容和章节安排
第2章 全垫升气垫船运动数学模型
2.1 引言
2.2 气垫船空间运动坐标系
2.2.1 固定坐标系
2.2.2 运动坐标系
2.2.3 两种坐标系之间的变换
2.3 气垫船四自由度运动学模型
2.4 气垫船四自由度动力学模型
2.4.1 气垫船空气动力模型
2.4.2 气垫船空气动量力模型
2.4.3 气垫船水动力模型
2.4.4 气垫船空气导管螺旋桨模型
2.4.5 气垫船垂直空气舵模型
2.4.6 气垫船动力学模型
2.5 气垫船运动数学模型仿真与验证
2.5.1 仿真算法实现流程
2.5.2 气垫船直航操纵特性
2.5.3 螺距差回转操纵特性
2.5.4 操舵回转操纵特性
2.6 本章小节
第3章 基于蚁群算法的气垫船静态避碰方法研究
3.1 引言
3.2 蚁群算法
3.2.1 蚁群算法基本原理
3.2.2 基于信息素扩散的蚁群算法
3.3 避碰环境模型建立
3.3.1 环境地图的构建
3.3.2 障碍物模型构建
3.3.3 障碍物危险区域构建
3.3.4 障碍物可视图构建
3.4 基于信息素扩散蚁群算法气垫船避碰研究
3.4.1 算法流程及实现过程
3.4.2 仿真结果
3.5 本章小结
第4章 基于循环神经网络学习的气垫船动态避碰关键技术研究
4.1 引言
4.2 气垫船静态障碍物避碰过程描述
4.3 气垫船动态障碍物避碰过程描述
4.3.1 避碰策略术语
4.3.2 气垫船与障碍物在同一直线避碰过程描述
4.3.3 气垫船与障碍物交叉避碰过程描述
4.3.4 气垫船动态避碰过程结果仿真
4.4 循环神经网络基本原理
4.4.1 循环神经网络网络模型结构
4.4.2 循环神经网络前向传播过程
4.4.3 循环神经网络反向传播过程
4.5 基于循环神经网络的气垫船局部避碰策略研究
4.5.1 气垫船的障碍物数据采集和处理
4.5.2 基于循环神经网络的气垫船局部避碰策略研究
4.5.3 基于循环神经网络的气垫船局部避碰仿真结果
4.6 本章小结
第5章 基于领航者的气垫船编队下的避碰控制关键技术研究
5.1 引言
5.2 基于领航者的气垫船编队控制
5.2.1 领导者运动学模型
5.2.2 跟随者运动模型
5.2.3 跟随者编队保持
5.2.4 稳定性证明
5.3 气垫船航速航向控制方法
5.4 基于领航者的气垫船编队下的避碰控制仿真结果
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
本文编号：3833743
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