双推进无人艇的路径跟踪控制研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文双推进无人艇的路径跟踪控制研究硕士研究生：韩晓坤指导教师：邹劲研究员学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造论文主审人：秦洪德教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文双推进无人艇的路径跟踪控制研究硕士研究生：韩晓坤指导教师：邹劲研究员学位级别：工学硕士学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchon

2、thePathFollowingControlofUSVwithDualPropulsionsCandidate:HanXiaokunSupervisor:Researcher.ZouJinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:DesignandConstructionofNavalArchitectureandOceanStructureDateofSubmission:Jan,2018DateofOralExamination:Mar,2018University:HarbinEngineeringUniversity

3、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

4、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）：日期：年月日年月日双推进无人艇的路径跟踪控制研究摘要“坚持陆海统筹，加快建设海洋强国”是我国在海洋领域的重大战略部署，为此需要大力提升海洋开发与保护能力并积极发展相关的海洋装备产业。无人艇作为进行海洋开发与保护不可

5、或缺的装备，广泛应用于各相关领域，但复杂的海洋环境对无人艇执行某些任务提出了挑战，为此需要从基本的运动控制开始研究并破解这一难题。针对运动控制中较为重要的路径跟踪控制，本文结合哈尔滨工程大学某型双推进无人艇进行了控制算法研究，并先后针对直线与曲线路径，进行了路径跟踪控制器的设计与验证工作，本文的研究内容主要包括以下几个方面：首先结合双推进无人艇的特点，对其建立了平面三自由度运动学和动力学模型，针对模型中的控制输入项进行了喷水推进器推力模型的构建，并引入零均值高斯分布的随机噪声对外界干扰进行表达。为求解已构建模型中的未知水动力参数，借助CFD软件Star-CCM+中的PMM平台，对无人艇模型进

6、行了强迫运动的数值模拟，为验证模拟结果的可用性，进行了定常回转仿真与试验，对比验证了所求水动力参数的精确性。为实现无人艇的直线路径跟踪功能，基于LOS制导算法进行期望艏向角设计，并利用艏向误差构造了滑模函数，在满足Hurwitz条件的基础上，设计指数趋近律改善运动点到达滑模切换面的趋近性能，从而得到滑模控制律，并进一步通过低通滤波器、饱和函数等环节优化控制性能。通过对期望直线路径的跟踪仿真，验证了所设计基于趋近律的滑模鲁棒控制器的优良性能。最后针对实际海况下无人艇水动力参数的不确定性和双执行机构响应的扰动等，进一步优化系统模型。结合曲线路径对LOS制导算法的曲线形式进行参数设计，构造了基于上

7、界的滑模控制器，并以Lyapunov稳定性理论为基础进行了参数设计。引入饱和函数和一、二阶滤波器等环节进行闭环系统反馈信息和控制器输出的优化，最后通过模型仿真，证实了无论是跟踪精度，还是执行机构响应情况，均能满足实际的控制需求。关键词：双推进无人艇；路径跟踪；LOS制导算法；趋近律；滑模控制器哈尔滨工程大学硕士学位论文双推进无人艇的路径跟踪控制研究Abstract"Adheretotheprincipleof