基于最优轨迹规划的船舶自动靠泊控制研究

发布时间：2021-07-31 03:16

　　随着大数据、物联网、人工智能等新理念、新技术的快速发展,船舶智能化水平不断提高,智能船舶相关技术一直是研究的热点,其自动靠泊操纵更是智能船舶航行过程中较精细且较重要的一个环节,尤其是船舶自动靠泊在轨迹规划及控制方面更加复杂。随着船舶不断大型化导致船舶在靠泊过程中惯性大、加速度较小,船舶对控制响应有一定的延迟,并且船舶运动具有强非线性,导致靠泊轨迹优化属于大规模的非线性优化问题,通过常见的机器人轨迹规划算法很难规划出船舶靠泊轨迹。对于智能船舶靠泊来说,轨迹规划与控制不仅要规划出安全可靠的靠泊轨迹,还要优化出相应的控制量,让船舶运动符合动力学要求。本文采用包含控制量的船舶动态模型,在人工调试控制量产生初始靠泊轨迹的基础上,利用内点罚函数法进行优化,产生能量最优的船舶靠泊轨迹及相应的控制量。主要研究内容如下:（1）针对船舶靠泊过程中航速较低等实际情况,选取精度较高的孙景浩模型,可进行低速域的仿真。所以本文对Fossen建立的四自由度船舶运动模型进行修改,得到三自由度的船舶运动模型,最后利用MATLAB仿真,以集装箱船SR108为仿真对象进行了旋回试验、惯性试验和Z形试验,通过试验数据验证了模... 

【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１中船重工集Ｗ?“大智号”智能化船舶??Ｆｉｇ．?１．１?ＣＳＳＣ?“Ｄａｚｈｉ”?Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ?Ｓｈｉｐ??１?＾?；?：?ｉ?．?＼??经济全球化的不断推进使得国际货物运输频率上升迅速

?大连海事大学硕士学位论文???第５章：总结与展望。总结本文完成的工作，并讨论存在的问题，以及展望未来可??能需研究的方向。??建立船舶动态￣￣确定目标函数￣｜选取最优化算法??数学模型?｜?建立约束条件?｜进行本地化处理???Ｙ???构建靠泊轨迹??优化框架???５???离散化处理???］?［???利用内＊罚函数法??进行优化??Ｉ??，???Ｉ?！?１???生成自动靠泊的?优化出相应的??最优轨迹?控制量??Ｉ????Ｉ???Ｙ???建立仿真平台??进行验证??图１．２论文研究结构图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐａｐｅｒ＇ｓ?ｆｒａｍｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??－１０－??

以及精确性。??在实际情况下，由于船舶在靠泊过程中航速较低，本章对Ｆｏｓｓｅｎ建立的四自由度船??舶运动模型进行了修改，修改为不考虑横摇运动的三自由度模型。然后以集装箱船??ＳＲ１０８为仿真对象，通过ＭＡＴＬＡＢ环境进行试验验证，验证模型的有效性，为后续章??节进行船舶靠泊轨迹的优化提供动力学支持。??２．?２船舶运动坐标系??由于船舶靠泊操纵的复杂性，本文采用两种坐标系，以便准确的描述船舶在靠泊时??的运动。这两种坐标系都符合右手定则，分别是附体坐标系〇－ｘｐ和惯性坐标系??如图２．１所示。图中，以惯性坐标系ｏ〇＊ｘ吵为基准，规定轴指向正北方向，??轴指向正东方向，轴指向地心方向。附体坐标系ｏ－ｘ＿ｙｚ以船舶中心为原点，规定Ｘ??轴指向船首，７轴指向右舷，ｚ轴垂直向下为正。??船舶操纵运动中相关的参数及符号参见图２．１、表２．１。??Ａ?Ｖ??考??图２．１船舶附体坐标系和惯性坐标系??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｈｉｐ?ｅａｒｔｈ?ｆｉｘｅｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ａｎｄ?ｂｏｄｙ?ｆｉｘｅｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??－１１?－??


本文编号：3312657