无人水面艇实时路径规划系统研究

发布时间：2017-08-24 15:11

  本文关键词：无人水面艇实时路径规划系统研究

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【摘要】：随着无人平台在工业、军事等领域的不断普及,无人水面艇作为监测海洋环境、维护海洋权益的重要工具得到了极大的重视。路径规划系统是无人艇自主控制研究的关键技术之一,本文在考虑到实际航行环境的条件下,将全局路径规划与局部路径规划相结合,研究采用了混合路径规划方法的无人艇实时路径规划系统。本文通过对无人艇进行数学建模,设计并实现了一种无人水面艇操纵运动模型参数在线辨识实验平台,辨识得到"蓝信"号无人艇的操纵运动数学模型的参数和舵机响应模型的参数。全局路径规划采用进化遗传算法,并根据无人艇运动特性对该算法生成路径进行贝塞尔曲线优化,解决了无人艇对多个静态障碍物的路径规划问题。由于无人艇航行过程中也需要对动态障碍物进行规避,因此将全局路径规划作为前提,研究了一种基于速度分解的局部路径规划算法,通过实时分析比较无人艇和动态障碍物之间相对速度的变化,产生实时避碰路径。本文所设计的无人艇实时路径规划系统,在考虑无人艇运动状态的条件下将动态避碰算法与航迹控制相结合,得到理论上可行的无人艇规划航迹,同时无人艇在单个和多个动态障碍物的局部仿真环境中能够完成避障,并复航到初始的全局路径规划的航迹上,通过仿真验证了无人艇实时路径规划系统的可行性。
【关键词】：无人艇 数学建模 速度分解 路径规划
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 无人艇路径规划概述10-11
• 1.3 路径规划的研究11-13
• 1.3.1 全局路径规划11
• 1.3.2 局部路径规划11-12
• 1.3.3 混合路径规划12-13
• 1.4 船舶路径规划的发展现状13-14
• 1.4.1 传统方法13
• 1.4.2 智能方法13-14
• 1.5 论文主要内容14-16
• 第2章 无人艇运动数学模型的建立与辨识16-39
• 2.1 无人艇数学模型16-22
• 2.1.1 无人艇运动自由度16-18
• 2.1.2 无人艇平面运动数学模型18-22
• 2.1.3 舵机伺服系统模型22
• 2.2 干扰数学模型22-27
• 2.2.1 风浪干扰23-26
• 2.2.2 海流干扰26-27
• 2.3 模型参数辨识方法27-37
• 2.3.1 在线辨识实验平台的设计28-32
• 2.3.2 在线辨识实验平台的数据分析32-37
• 2.4 本章小结37-39
• 第3章 全局路径规划39-47
• 3.1 全局路径规划环境模型39-40
• 3.2 基于遗传算法的全局路径规划40-45
• 3.2.1 种群初始化40-41
• 3.2.2 适应度函数的选取41
• 3.2.3 进化算子41-43
• 3.2.4 可行路径的优化与选择43-45
• 3.3 仿真结果与分析45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 局部路径规划47-60
• 4.1 局部路径规划问题47-48
• 4.2 局部路径规划环境模型48-49
• 4.3 速度分解避碰算法49-56
• 4.3.1 避碰策略49-51
• 4.3.2 避碰区域的判断51-53
• 4.3.3 向BP路径行进53-54
• 4.3.4 局部路径规划流程54-56
• 4.4 仿真结果与分析56-59
• 4.4.1 单动态障碍物57-58
• 4.4.2 多动态障碍物58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 无人艇实时避碰航迹控制60-74
• 5.1 无人艇航迹控制60-62
• 5.1.1 直接航迹控制60-61
• 5.1.2 间接航迹控制61-62
• 5.2 实时避碰间接航迹控制62-70
• 5.2.1 航向控制器62-67
• 5.2.2 制导控制器67-69
• 5.2.3 实时避碰航迹控制原理69-70
• 5.3 实时避碰航迹控制仿真结果70-73
• 5.3.1 单动态障碍物70-71
• 5.3.2 多动态障碍物71-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第6章 总结与展望74-76
• 参考文献76-82
• 攻读学位期间公开发表论文82-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孙晓界;石林龙;范云生;王国峰;;一种无人水面艇运动模型参数在线辨识方法[J];中国航海;2016年01期

2 陈成;何玉庆;卜春光;韩建达;;基于四阶贝塞尔曲线的无人车可行轨迹规划[J];自动化学报;2015年03期

3 柳晨光;初秀民;吴青;王桂冲;;USV发展现状及展望[J];中国造船;2014年04期

4 赵海森;杜中兰;刘晓芳;王庆;;基于递推最小二乘法与模型参考自适应法的鼠笼式异步电机转子电阻在线辨识方法[J];中国电机工程学报;2014年30期

5 吴博;熊勇;文元桥;;基于速度障碍原理的无人艇自动避碰算法[J];大连海事大学学报;2014年02期

6 安其昌;张景旭;孙敬伟;;基于极大似然估计的TMT三镜轴系装调[J];红外与激光工程;2013年11期

7 康与涛;朱大奇;陈伟炯;;船舶避碰路径规划研究综述[J];船海工程;2013年05期

8 吴博;文元桥;肖长诗;;一种内河海事无人艇路径规划算法设计与仿真[J];计算机工程与应用;2013年14期

9 王立军;张显库;;响应型船舶运动模型的建模与遗传算法辨识[J];中国航海;2013年02期

10 李涌;;基于最小二乘法的汽轮机电液调节系统参数辨识[J];电力与能源;2013年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 谢宏健;动态未知环境下移动机器人的实时路径规划[D];华东理工大学;2011年

2 鞠世琼;船舶航迹舵控制技术研究与设计[D];哈尔滨工程大学;2007年

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本文编号：731985