基于模糊神经网络的无人船航向控制研究
发布时间：2021-03-10 11:55
当今社会科技发展飞速,自动化和智能化已逐渐渗透到各行各业,并成为发展的主流方向。在航海方面,常面对危险或人力不可为的任务,因此相关的自动化、智能化技术发展备受关注。而无人船作为一种智能化的水面机器人,具有自主航行的能力,并且能够进行环境感知和目标探测,可以在危险的水面替代人类完成重要的任务,因此无人船的应用受到世界各国的广泛关注。无人船的发展经历了半自动化向智能化的转变,具有很大的上升空间,因此需要不断地进行创新和完善,从而更好地推动无人船事业的发展。无人船系统的非线性、不确定性和外界环境多变,造成了无人船的控制系统十分复杂且对控制的精度稳定和快速性的要求很高,因此无人船必须在传统航向控制基础上找到更加智能、高效的控制方法。本文研究内容如下:（1）建立无人船的数学模型,对无人船的硬件实现、通信协议进行设计;（2）提出了用结合神经网络和模糊逻辑的模糊神经网络（Fuzzy Neural Network,FNN）对PID参数进行整定,但因为反向传播时采用的梯度下降法收敛速度慢及网络结构相对复杂,影响了控制系统的快速性,因此采用Fletcher-Reeves共轭梯度法（FR）代替梯度下降法,从...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?１惯性坐标系和随船运动坐标系??Ｆｉｇ．?２．１?Ｉｎｅｒｔｉａｌ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ａｎｄ?ｂｏｄｙ－ｆｉｘｅｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]无人船控制系统设计[J]. 薛银库,周思辰,聂鸿博. 船舶物资与市场. 2019(12)
[2]基于BP神经网络的模型参考自适应姿态控制[J]. 刘晓东,马飞,张玉,杜立夫. 航天控制. 2019(06)
[3]无人机系统智能自主控制技术发展现状与展望[J]. 任广山,常晶,陈为胜. 控制与信息技术. 2018(06)
[4]一种微小型无人船控制系统设计及航向控制方法研究[J]. 张浩昱,刘涛. 计算机测量与控制. 2017(01)
[5]智能船舶的研究现状与发展趋势[J]. 严新平. 交通与港航. 2016(01)
[6]无人船艇的发展及展望[J]. 张树凯,刘正江,张显库,刘玉. 世界海运. 2015(09)
[7]基于Takagi-Sugeno模糊神经网络的欠驱动无人艇直线航迹跟踪控制[J]. 董早鹏,刘涛,万磊,李岳明,廖煜雷,梁兴威. 仪器仪表学报. 2015(04)
[8]基于BP神经网络的PID船舶自动舵[J]. 霍星星,余婷,孙帅. 中国水运(下半月). 2013(12)
[9]自适应神经模糊推理系统改进算法在机械加工参数优化中的应用[J]. 武星星,朱喜林,杨会肖. 机械工程学报. 2008(01)
[10]导弹电源系统故障诊断的神经网络方法[J]. 彭传彪,王莉. 弹箭与制导学报. 2006(03)
硕士论文
[1]模糊神经网络的研究及应用[D]. 鞠初旭.电子科技大学 2012
本文编号：3074614
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?１惯性坐标系和随船运动坐标系??Ｆｉｇ．?２．１?Ｉｎｅｒｔｉａｌ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ａｎｄ?ｂｏｄｙ－ｆｉｘｅｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??
芒＿人＿船包?ｊ??翌器??｜｜｜数据采集模块?＾??！?｜ｇｐｓ；莫块?１「——＾?Ｉ?｜??ｉ?，?Ａ?＊ｔａ?｜??地Ｓ？嘅小－遞－桥－接－馳－—、无人船主机ｃ￣！?；１?＞麵控纖！??■?｜姿态传感器｜?ＺｉｇＢ＾ｅｌｉ块｜?！?！?｜辦Ｊ觸?；??Ｌ——＾??ｊ?｜??器?」?｜??５Ｖ?ｉ?！?！??ｒｒＷ－ｉ?Ｕ－ＬｊｌＪ?＾?！??钾电池?ｔ?＞?电源模块?Ｉ??Ｌ??！ｖｌ．＿．＿！?Ｌ?：?」?！??ｙ?；??图２．?２无人船端控制系统结构图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｔｍｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｕｎｍａｎｎｅｄ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｖｅｈｉｃｌｅ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｙｓｔｅｍ??对无人船的运动控制来说电机驱动模块十分重要，电机驱动模块可以控制无人船的??左右推进器来影响无人船的运动。由于无人船有两个推进器，因此需要两个驱动器对推??进器分别进行控制，才能改变无人船的运动状态。在无人船设计过程中，由于使用的系??统硬件模块较多，因此在供电电压的需求上也有很多种，这时必须要科学设计出合理的??供电系统。在无人船全速行驶时，所需要的电流也是比较大的，这时可以将两个完全一??样的蓄电池并联，以保障无人船在行驶过程中有足够的动力。除以上模块之外，在硬件??系统设计时还包括指示灯、液晶屏等，以便更好的进行观察，同时还能对无人船的外观??进行美化。??在图２－２中，采集模块直接将信息传递给ＵＳＶ的主机，船控板所控制的是基本数??据的采集，如：电池电量、机舱排水、电机转速、舵机打角等相关信息，而船控板与??ＵＳＶ主机直接的信息传递是通过ＵＳＢ串口线传递，同时他
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???，＿?１１＾?｜Ｙ??接口展示，方便快璉?ｒｌ＿??ＷＫｍ?：：Ｍｉ：；??ＧＮＤ—?＾￣?—ＧＮＤ??０１?￣￣?ｐ３??图２．?３姿态传感器图?２．４姿态传感器引脚图??Ｆｉｇ．?２．３?Ａｔｔｉｔｕｄｅ?ｓｅｎｓｏｒ?Ｆｉｇ．?２．４?Ｐｉｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａｔｔｉｔｕｄｅ?ｓｅｎｓｏｒ??表２．?３引脚功能说明表??Ｔａｂ．?２．３?Ｐｉｎ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ?ｔａｂｌｅ??名称?功能??ＶＣＣ?模块电源，５Ｖ输入??ＲＸ?串行数据输入，ＴＴＬ电平??ＴＸ?串行数据输出，ＴＴＬ电平??ＧＮＤ?地线??ＳＣＬ?Ｉ２Ｃ时钟线??ＳＤＡ?Ｉ２Ｃ数据线??ＤＯ?扩展端口?０??Ｄ１?拓展端口?１??Ｄ２?拓展端口?２??Ｄ３?拓展端口?３??２．?２．?２?ＧＰＳ?模块??如图２－５所示，该ＡＴＫ－Ｓ１２１６Ｆ８－ＢＤ?ＧＰＳ／北斗模块通过ＵＡＲＴ?（串口）可直接与其??他设备的通信接口进行连接，对其他设备传输的ＧＰＳ／北斗定位数据遵守默认的??ＮＭＥＡ－０１８３协议，控制方面同样采用默认的ＳｋｙＴｒａｑ协议。??－１５?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]无人船控制系统设计[J]. 薛银库,周思辰,聂鸿博. 船舶物资与市场. 2019(12)
[2]基于BP神经网络的模型参考自适应姿态控制[J]. 刘晓东,马飞,张玉,杜立夫. 航天控制. 2019(06)
[3]无人机系统智能自主控制技术发展现状与展望[J]. 任广山,常晶,陈为胜. 控制与信息技术. 2018(06)
[4]一种微小型无人船控制系统设计及航向控制方法研究[J]. 张浩昱,刘涛. 计算机测量与控制. 2017(01)
[5]智能船舶的研究现状与发展趋势[J]. 严新平. 交通与港航. 2016(01)
[6]无人船艇的发展及展望[J]. 张树凯,刘正江,张显库,刘玉. 世界海运. 2015(09)
[7]基于Takagi-Sugeno模糊神经网络的欠驱动无人艇直线航迹跟踪控制[J]. 董早鹏,刘涛,万磊,李岳明,廖煜雷,梁兴威. 仪器仪表学报. 2015(04)
[8]基于BP神经网络的PID船舶自动舵[J]. 霍星星,余婷,孙帅. 中国水运(下半月). 2013(12)
[9]自适应神经模糊推理系统改进算法在机械加工参数优化中的应用[J]. 武星星,朱喜林,杨会肖. 机械工程学报. 2008(01)
[10]导弹电源系统故障诊断的神经网络方法[J]. 彭传彪,王莉. 弹箭与制导学报. 2006(03)
硕士论文
[1]模糊神经网络的研究及应用[D]. 鞠初旭.电子科技大学 2012
本文编号：3074614
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