一种新型水面无人艇操纵性及协同策略研究

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1、学校代码：10289分类号：U661.3密级：公开学号：122010011江苏科技大学硕士学位论文一种新型水面无人艇操纵性及协同策略研究研究生姓名马天宇导师姓名杨松林申请学位类别工学硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业船舶与海洋结构物设计制造论文提交日期2014年12月23日研究方向船舶与海洋结构物论文答辩日期2015年3月22日流体力学性能答辩委员会主席邹早建评阅人盲审盲审2015年3月20日分类号：U661.3密级：公开学号：122010011工学硕士学位论文一种新型水面无人艇操纵性及协同策略研究学生姓名马天

2、宇指导教师杨松林教授江苏科技大学二O一五年三月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchontheManeuverabilityofaNewTypeUnmannedSurfaceVehicleanditsCooperativeStrategySubmittedbyNameMaTianyuSupervisedbyProfessorNameYangSonglinJiangsuUniver

3、sityofScienceandTechnologyMarch,2015江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进。行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中明确方式标明。本人完全意识到本声－明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：＾＞〇ｉｊｒ年＾月Ｋ日江苏科技大学学位论文版权使用授权书木学位论文作者完全了解学校巧

4、义保留、使用学位论文的规定，同恵学校保留并向国家有关部ｎ或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被给阅和借阅。本人授权江苏科技大学可将本学位论文的令部或部分内’／容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保挥巧策编本学位论文。本学位论文属于：］保密□，（）在年解密后适用木授权书。２不保密ｅｆ。（）学位论文作者签名：指导教师签名：成年３月曰如！广年＾月（会曰ｉｒ战摘要摘要21世纪，许多国家都看到了水面无人艇（USV）的巨大潜力并相继开展了对USV的研究

5、。单一的USV平台可搭载的传感器或设备模块有限，只能完成一些简单的使命。当面对复杂、多样化的任务时，多个USV进行协同作业，不仅克服了单一USV平台在功能上的限制，而且大大提高了作业效率与范围，这在军、民领域都有很好的应用前景。近年来，我国在USV水文监测和气象探测等方面取得了一些突破性的进展，但在水面无人艇协作技术、协同作业策略、协同系统等领域几乎处于空白状态。本文提出一种含防飞溅片体的“新型”USV艇型概念，以模型试验为主，辅以理论分析与程序编译方法，对新型USV的操纵性能及其协同策略进行了研究，主要研究工作

6、及分析如下：（1）完成了新型USV艇模的设计和制作，对推进系统和操纵系统进行了详细设计，确定了合适的主机、轴系、螺旋桨、舵叶和舵机。提出了新型USV的智能控制系统的架构。其中，上位机系统用于在岸基观测USV的位置、姿态及环境感知信息；下位机系统以可编程控制器（PAC）作为核心控制器，包含各种现代艇载设备、传感器和相应控制程序。通过反复测试，该智能控制系统可以满足试验需求。（2）对新型USV开展了操纵运动自航模试验：主要包括惯性冲程试验、回转试验和Z形操舵试验。对试验采集到的各类数据进行了全面的分析，主要包括：航速

7、与控制电压的关系；不同控制电压以及不同的吃水状态对冲程时间和惯性距离的影响；不同航速和吃水状态对回转直径的影响；不同控制电压及不同舵角对回转直径的影响；航速对超越角的影响；航速对转向滞后时间的影响；不同操舵角情况下艏向角随时间的变化；无因次化的回转性指数K′和应舵指数T′随时间的变化。分别阐述了遗传算法和混沌算法的原理，提出了基于混沌遗传算法的系统辨识流程，用VB.NET语言编译了一套“新型水面无人艇操纵运动系统辨识程序”，并对回转运动的试验数据进行了辨识计算，通过对比辨识结果与试验数据的相对误差，验证了该程序的

8、可靠性。（3）提出了多USV在协同搜索、协同路径跟踪、协同水文气象监测和其他多任务场景四个方面的协同作业策略。讨论了USV协同系统与其它多无人平台之间的协同体系，总结了多USV协同作业系统的优势。提出一种模糊控制规则，基于VB.NET编译了自主航行控制程序，开展了三项协同作业试验的初步研究。基于VB6.0编译了“新型水面无人艇岸基终端软件”（上位机），通过协同作业试验验证