基于数据挖掘的水面无人艇建模及航向控制研究

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1、万方数据分类号UDC密级单位代码大连海事大学lOl5l全日制学术型硕士研究生学位论文基于数据挖掘的水面无人艇建模及航向控制研究(学位论文形式：应用研究)邓强指导教师赵永生职称教授学位授予单位大连海事大学申请学位级别工学硕士学科(专业)控制科学与工程论文完成日期2014年11月答辩日期2014年11月19日答辩委员会主席陶万方数据USV’sModeIingandHeadingControIBasedonData_injngAthesisSubmittedtoDaKanMaritimeUniversi锣InpartialfulfiⅡmentoftherequirementsfor

2、thedegreeofMasterofEngineeringbyDengQiang(ControlScienceandEngineering)ThesisSuperVisor：ProfessorZhao1ybngshengNovember2014万方数据大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明JJI

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12、IfY2696535本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成博／硕士学位论文竺基王数据撞掘的丞面玉厶艇建槿厘航自控剑硒宜==。除论文中已经注明引用的内容

13、外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：X显施学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到《中国优秀博硕士学位论文全文数据

14、库》(中国学术期刊(光盘版)电子杂志社)、《中国学位论文全文数据库》(中国科学技术信息研究所)等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。本学位论文属于：保密口在——年解密后适用本授权书。不保密醇(请在以上方框内打·r√，，)论文作者签名：沛卤虽导师橼々H日期：≥D／侔『

15、月／9日万方数据中文摘要摘要无人艇运动系统建模及其航向控制是无人艇进行自主航行的核心技术。有效的运动控制系统对提高侦察设备观测效果、武器装备系统精度都是十分重要的。由于无人艇运动系统所固有的非线性及不确定特征，采用传统的数学建模与航向控制方法难以达到满意的系统性能要求

16、。在无人艇建模方面，无论是水动力模型还是响应模型，其关键都是依照固有的模型框架精确确定船舶动态特性参数。由于受到固有模型框架的限制和约束，时常会生成与实际情况不相匹配的模型。在无人艇控制方面，由于受到风、浪、流及其他外界干扰的影响，无人艇运动具有很强的随机性和非线性，传统控制手段难以达到快速精确的控制效果。针对以上问题，本文不但基于数据挖掘技术和模糊推理系统进行了无人艇运动系统的建模，而且将该辨识结果运用于无人艇航向的前馈补偿比例微分控制器设计中，并运用李雅普诺夫稳定性分析证明了闭环系统跟踪误差的有界性。基于数据挖掘的模糊建模方法是一种数据驱动方法，它无须考虑无人艇的运行机理

17、及流体动力等因素，能够直接依据舵角和航向的采样数据生成模糊规则，建立无人艇运动系统模型。而基于模糊辨识的前馈补偿控制方法，在控制过程中利用李雅普诺夫稳定性理论对模糊规则进行实时调整，增强了非线性项的控制能力。对比传统的PID航向控制算法，仿真结果验证了该前馈补偿控制算法的快速性和有效性。最后，本文将MATI．AB作为以上内容实现的平台，并且用GUI工具为各个功能的实现提供一个可视化的整合平台。具体功能包括：各无人艇操纵系数计算，利用采样数据进行无人艇运动模型辨识，对无人艇运动模型进行PID航向控制，以及基于模糊辨识进行船舶航向的补偿控制。关键词：水面无人艇；航向控制；模糊推理

18、系统；数据挖掘万方数据英文摘要AbstractThemotionsystemmodelingalldheadingco曲rolaremecoretechnologiesofautonomousUSV．E伍cientcontrolSystemsareVe巧importanttoimproVetlleobservatione航ctofreco皿aissaIlceequipmentaIldmeprecisionoftlleweapoI町system．Duetotllei1111erentcharacteriS