基于数据驱动的水面无人艇远程监控系统设计

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1、分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）基于数据驱动的水面无人艇远程监控系统设计硕士研究生：刘庭瑞指导教师：刘志林副教授企业导师：王岩高级工程师工程领域：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）基于数据驱动的水面无人艇远程监控系统设计硕士研究生：刘庭瑞指导教师：刘志林副教授学位级别：工程硕士工程领域：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:ADissertation

2、fortheProfessionalDegreeofMaster（MasterofEngineering）DesignofRemoteMonitoringSystemforUnmannedSurfaceVesselBasedonData-DrivenCandidate:LiuTingruiSupervisor:AssociateProf.ZhilinLiuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:ControlEngineeringDateofSubmission:May.8,2

3、018DateofOralExamination:Jun.2,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本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。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本

4、人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部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存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：

5、日期：年月日年月日摘要水面无人艇是一种无人化、智能化的水面舰艇，具有隐身性好、灵活机动、自主航行等优点，适用于人类无法完成或危险性极高的任务，在海上作战以及海洋资源探测等方面具有不可替代的作用。随着无人艇智能化程度的不断提高，对其遥控平台也提出了新的、更高级别的要求。遥控平台对无人艇有最高级别的控制权限，操作人员可以通过遥控平台监测无人艇的状态，控制无人艇的航行状态。由于无人艇通常在超视距情况下工作，所以只能根据遥测数据判断其工作状态和航行姿态，特别是挖掘遥测数据中各状态的特征用以辨识异常状态及异常趋势就尤为关键。本文首先说明了遥控平台和无人艇的上下位机关系

6、及功能，着重介绍了HEU-2号无人艇的控制系统。为使无人艇执行遥控平台发送的期望航向，在无人艇上设计了稳健的航向控制器：通过对无人艇水动力的分析，结合三自由度水面运动方程，获得了精简有效的水面无人艇操纵响应方程--Nomoto模型，并通过实船实验辨识了模型中的未知参数。在遥控平台中，设定了选择PID自动舵的控制参数控制无人艇的航向，并通过仿真验证了控制算法的合理性。接着，在充分分析无人艇的控制特性和功能需求之上，明确了遥控平台的设计目标。基于MFC平台开发了遥控平台的软件系统，对其各子模块的功能进行了详细的介绍；同时，设计了稳健高效的通讯协议，对报文格式、内

7、容做了细致阐述，阐述了基于遥控平台的水面无人艇的操作流程；最后基于模块化的思想设计了遥控平台的硬件系统，完成了遥控平台的设计。最后，为使遥控平台能通过无人艇的遥测数据预警其异常状态及趋势，设计了基于粒子群优化SVM的水面无人艇状态诊断算法。在构建诊断模型过程中，首先对实验取得的遥测数据进行预处理与滤波；采用Chebyshev拟合算法对无人艇的状态数据特征进行拟合，用特征向量代替原始数据；在MFC环境中实现了基于粒子群优化SVM的水面无人艇状态诊断算法；采用在线诊断的方式验证模型的诊断精度。关键词：水面无人艇；遥控平台；状态监测；航向控制；支持向量机Abstr

8、actUnmannedsurfacevessel(U