虚拟锚泊浮标导航与控制策略研究

发布时间：2022-07-20 20:23

　　虚拟锚泊浮标作为一种抛弃传统系留缆的新型海洋环境观测平台,能够捕获多种环境能量,具有全球远海大洋自主锚泊点切换、精准虚拟锚泊和气象水文长期原位观测等功能。然而,在现有文献中,关于锚泊点切换和虚拟锚泊的控制算法相对较少。因此,本文提出了一种新型虚拟锚泊浮标导航控制策略,包括锚泊点切换控制算法和虚拟锚泊控制算法,并通过仿真分析验证了该导航控制策略的正确性和有效性。主要研究内容如下:首先,研究了虚拟锚泊浮标的运动机理,利用Fossen矩阵建立了虚拟锚泊浮标纵荡、横荡、垂荡和艏摇四自由度动力学模型,并对该虚拟锚泊浮标进行了动力学行为仿真,为虚拟锚泊浮标导航控制策略的研究奠定了基础。其次,针对虚拟锚泊浮标在锚泊点之间位置切换问题,提出了锚泊点切换控制算法。通过高斯大地主题反解视向跟踪算法得到导航信息,采用改进单神经元自适应PID控制器实现了虚拟锚泊浮标在预设锚泊点之间的位置切换。该控制器不仅结构简单,而且具有自适应、自学习功能和较强的鲁棒性。再次,针对虚拟锚泊浮标在海平面上一直处于运动状态而难以锚泊的问题,提出了虚拟锚泊控制算法。通过引入虚拟锚泊圆,将虚拟锚泊问题转变为路径跟踪问题,通过Serr... 

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 虚拟锚泊浮标研究现状
    1.3 虚拟锚泊浮标运动控制及锚泊策略研究现状
        1.3.1 欠驱动系统控制研究现状
        1.3.2 虚拟锚泊控制研究现状
    1.4 主要研究内容及意义
        1.4.1 课题意义及来源
        1.4.2 论文主要内容
第二章 运动学与动力学建模
    2.1 引言
    2.2 坐标系建立及六自由度运动
    2.3 虚拟锚泊浮标运动学模型
    2.4 虚拟锚泊浮标动力学模型
        2.4.1 惯性矩阵
        2.4.2 科氏向心力
        2.4.3 阻尼矩阵
        2.4.4 主动力
    2.5 本章小结
第三章 锚泊点切换控制算法
    3.1 引言
    3.2 锚泊点切换控制
    3.3 基于高斯大地主题反解的视向跟踪算法
        3.3.1 高斯大地主题反解算法
        3.3.2 视向跟踪算法
    3.4 单神经元自适应PID控制器
        3.4.1 传统PID控制器
        3.4.2 改进单神经元自适应PID控制器
    3.5 本章小结
第四章 虚拟锚泊控制算法
    4.1 引言
    4.2 虚拟锚泊控制
    4.3 Serret-Frenet框架下虚拟锚泊原理
        4.3.1 平面曲线Serret-Frenet方程
        4.3.2 Serret-Frenet框架下虚拟锚泊原理
    4.4 RBF神经网络模糊滑模控制器
        4.4.1 传统滑模控制器
        4.4.2 模糊算法
        4.4.3 RBF神经网络滑模控制器
        4.4.4 RBF神经网络模糊滑模控制器
    4.5 控制器稳定性证明
    4.6 本章小结
第五章 仿真分析与研究
    5.1 引言
    5.2 动力学行为仿真分析
        5.2.1 航速仿真分析
        5.2.2 回转试验仿真分析
        5.2.3 Z形试验仿真分析
        5.2.4 流干扰下的运动仿真分析
    5.3 锚泊点切换导航控制算法仿真分析
    5.4 定点虚拟锚泊控制算法仿真分析
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 未来工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢



本文编号：3664704