高速滑行艇航迹控制研究

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1、：密级分类号：ＵＤＣ：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）高速滑行艇航迹控制研究硕士研究生：王聪指导教师：陆军教授企业导师：王林研究员工程领域：控制工程论文主审人：哈尔滨工程大学２０１８年６月分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）高速滑行艇航迹控制研究硕士研究生：王聪指导教师：陆军教授学位级别：工学硕士工程领域：控制工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年5月论文答辩日期：2018年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADi

2、ssertationfortheProfessionalDegreeofMaster(MasterofEngineering)ResearchonTargetSearchingandTrackingMethodwithHighSpeedPlanningBoatCandidate:WangCongSupervisor:Prof.LuJunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlEngineeringDateofSubmission:May,2018Date

3、ofOralExamination:June,2018University:HarbinEngineeringUniversity摘要本论文的研究对象为高速滑行艇，高速滑行艇是高性能船舶的一种，由于其具有更高的航速，优良的耐波性，及优异的机动性，故其在侦查及搜救领域得到了广泛的应用。针对高速滑行艇的特点，本论文设计了相应的航迹跟踪控制器。为完成相应控制器的设计，并使其具有一定鲁棒性且能在有限时间内收敛于给定航迹，论文分别进行了以下的工作：首先引入了附体坐标系以及惯性坐标系，然后通过附体坐标系与惯性坐标系的欧拉角转换公式引出了船舶控制的

4、六自由度数学模型。由动量定理及动量矩定理导出船舶六自由度动力学模型，并依据分离化的建模原则对船舶模型进行受力分析。依据井上模型，给出了水动力的计算公式及其系数的估算公式，并分别对环境干扰力进行分析，给出了计算方法。最后，对六自由度数学模型进行了简化，建立了4自由度运动学模型和动力学模型，并对其进行仿真实验以验证其开环特性。其次，选取了视线法（LOS）为本控制系统的导航控制算法。在直线段LOS的设计中，将横向误差引入到超前距离的设计中；在曲线段LOS的设计中应用了参数化曲线，根据所设计的曲线参数斜率给出下一个跟踪点的位置，进而对期望艏向

5、角进行实时更新。接着，针对航迹跟踪问题设计了一种动态终端滑模控制器。应用终端滑模控制，使得系统误差能在有限时间内收敛到零。为增强系统的鲁棒性，并降低滑模面的抖震；本文在滑模切换面之上构建动态超平面，使得系统中的不连续项以导数的形式转移到了高阶系统中，从而得到时间上连续的且在有效时间内收敛的动态滑模控制率。最后，在常规快速终端滑模控制器的基础上，针对滑模面趋近率的开关增益项环节设计了一种模糊终端滑模控制器，使系统随切换面及切换面导数的变化对开关增益项进行自适应调节，进一步减少收敛时间并降低滑模面的抖震。关键词：高速滑行艇；航迹跟踪；终端

6、滑模控制；模糊控制AbstractTheresearchobjectofthisdissertationisakindofhigh-performanceglidingboatwhichisahigh-speedplanningboat.Duetoitshigherspeed,excellentwaveresistance,andexcellentmaneuverability,itiswidelyusedinthefieldofinvestigationandsearchandrescue.Forthecharacteristics

7、ofhigh-speedplanningboats,thispaperstudiesthedesignofitstracktrackingcontroller.Inordertocompletethedesignofthecorrespondingcontrollerandmakeitrobustandabletoconvergetoagiventrackwithinalimitedtime,thethesiscarriedoutthefollowingwork:First,theappendagecoordinatesysteman

8、dtheinertialcoordinatesystemareintroduced.Thenthesix-degree-of-freedommathematicalmodelofshipcontrolisderivedf